Данные и информация

Введение

Термин "информация" происходит от латинского слова informatio, означающего разъяснение, изложение, осведомленность. Термин "информация" имеет множество определений.

Информация – это сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и  состояниях, которые уменьшают имеющуюся  о них степень неопределенности.

Информация есть характеристика не сообщения, а соотношения между  сообщением и его потребителем. Без  наличия потребителя, хотя бы потенциального, говорить об информации бессмысленно.

Данные – это материальные объекты произвольной формы, выступающие  в качестве средства представления  информации. Преобразование и обработка  данных позволяет извлечь информацию, т.е. знание о том или ином предмете, процессе или явлении.

Все виды энергообмена сопровождаются появлением сигналов, то есть все сигналы  имеют в своей основе материальную энергетическую природу. При взаимодействии сигналов с физическими телами в  последних возникают определенные изменения свойств – это явление  называется регистрацией сигналов. Такие  изменения можно наблюдать, измерять или фиксировать иными способами  – при этом возникают и регистрируются новые сигналы, то есть образуются данные. Данные это зарегистрированные сигналы.

Данные и методы

Обратим внимание на то, что  данные несут в себе информацию о  событиях, произошедших в материальном мире, поскольку они являются регистрацией сигналов, возникших в результате этих событиях. Однако данные не тождественны информации. Наблюдая излучения, далеких  звезд, человек получает определенный поток данных, но станут ли эти данные информацией, зависит еще от очень многих обстоятельств. Если эти данные записать на лист бумаги или на магнитную ленту, изменится форма их представления, произойдет новая регистрация и, соответственно, образуются новые данные. Такое преобразование можно использовать, чтобы все-таки извлечь информацию из данных путем подбора метода, адекватного их новой форме. Для обработки данных, записанных на лист бумаги, адекватным может быть метод перевода со словарем, а для обработки данных, записанных на магнитной ленте, можно пригласить переводчика, обладающего своими методами перевода, основанных на знаниях, полученных в результате обучения или предшествующего опыта.

Понятие об информации

Несмотря на то что с  понятием информации мы сталкиваемся ежедневно, строгого и общепризнанного  ее определения до сих пор не существует, поэтому вместо определения обычно используют понятие об информации. Понятия, в отличие от определений, не даются однозначно, а вводятся на примерах, причем каждая научная дисциплина делает это по-своему, выделяя в  качестве основных компонентов те, которые наилучшим образом соответствует  ее предмету и задачам. При этом типична  ситуация, когда понятие об информации, введенное в рамках одной научной  дисциплины, может опровергаться  конкретными примерами и фактами, полученными в рамках другой науки.

Для информатики как технической  науки понятие информации не может  основываться на таких антропоцентрических  понятиях, как знание, и не может  опираться только на объективность  фактов и свидетельств. Средства вычислительной техники обладают способностью обрабатывать информацию автоматически, без участия  человека, и ни о каком знании или незнании здесь речь идти не может. Эти средства могут работать с искусственной, абстрактной и даже с ложной информацией, не имеющей объективного отражения нив природе, ни в обществе.

В этой работе дается новое  определение информации, основанное на ранее продемонстрированном факте  взаимодействия данных и методов  в момент ее образования.

Информация – это продукт  взаимодействия данных и адекватных им методов.

Рассмотрим данное определение  информации и обратим внимание на следующие обстоятельства.

1.Динамический характер информации. Информация не является статичным объектом – она динамически меняется и существует только в момент взаимодействия данных и методов. Все прочее время она пребывает в состоянии данных. Таким образом, информация существует только в момент протекания информационного процесса. Все остальное время она содержится в виде данных.

2. Требование адекватности методов. Одни и те же данные могут в момент потребления поставлять разную информацию в зависимости от степени адекватности взаимодействующих с ними методов. Например, для человека, не владеющего китайским языком, письмо, полученное из Пекина, дает только ту информацию, которую можно получить методом наблюдения (количество страниц, цвет и сорт бумаги, наличие незнакомых символов и.т.п.). Все это информация, но это не вся информация, заключенная в письме. Использование более адекватных методов даст иную информацию.

3. Диалектический характер взаимодействия данных и методов. Обратим внимание на то, что данные являются объективными, поскольку это результат регистрации объективно существовавших сигналов, вызванных изменениями в материальных телах и полях. В то же время, методы являются субъективными. В основе искусственных методов лежат алгоритмы (упорядоченные последовательности команд), составленные и подготовленные людьми (субъектами). В основе естественных методов лежат биологические свойства субъектов информационного процесса. Таким образом, информация возникает и существует в момент диалектического взаимодействия объективных данных и субъективных методов.

Свойства информации

Итак, информация является динамическим объектом, образующимся в момент взаимодействия объективных данных и субъективных методов. Как и всякий объект, она  обладает свойствами (объекты различимы  по своим свойствам). Характерной  особенностью информации, отличающей ее от других объектов природы и  общества, является дуализм: на свойства информации влияют как свойства данных, составляющих ее содержательную часть, так и свойства методов, взаимодействующих с данными в ходе информационного процесса. По окончании процесса свойства информации переносятся на свойства новых данных, то есть свойства методов могут переходить на свойства данных.

Можно привести немало разнообразных  свойств информации. Каждая научная  дисциплина рассматривает те свойства, которые ей наиболее важны. С точки  зрения информатики наиболее важными  представляются следующие свойства: объективность, полнота, достоверность, адекватность, доступность и актуальность информации.

1. Объективность и субъективность информации. Понятие объективности информации является относительным. Более объективной принято считать ту информацию, в которую методы вносят меньший субъективный элемент. Так, например, принято считать, что в результате наблюдения фотоснимка природного объекта или явления образуется более объективная информация, чем в результате наблюдения рисунка того же объекта, выполненного человеком. В ходе информационного процесса степень объективности информации всегда понижается. Это свойство учитывают, например, в правовых дисциплинах, где по-разному обрабатываются показания лиц, непосредственно наблюдавших события или получивших информацию косвенным путем (посредством умозаключений или со слов третьих лиц).
2. Полнота информации. Полнота информации во многом характеризует качество информации и определяет достаточность данных для принятия решений или для создания новых данных на основе имеющихся. Чем полнее данные, тем шире диапазон методов, которые можно использовать, тем проще подобрать метод, вносящий минимум погрешностей в ход информационного процесса.
3. Достоверность информации. Данные возникают в момент регистрации сигналов, но не все сигналы являются "полезными" - всегда присутствует какой-то уровень посторонних сигналов, в результате чего полезные данные сопровождаются определенным уровнем "информационного шума". Если полезный сигнал зарегистрирован более четко, чем посторонние сигналы, достоверность информации снижается. В этом случае для передачи того же количества информации требуется использовать либо больше данных, либо более сложные методы.
4. Адекватность информации – это степень соответствия реальному объективному состоянию дела. Неадекватная информация может образовываться при создании новой информации на основе неполных или недостоверных данных. Однако и полные, и достоверные данные могут приводить к созданию неадекватной информации в случае применения к ним неадекватных методов.
5. Доступность информации – мера возможности получить ту или иную информацию. На степень доступности информации влияют одновременно как доступность данных, так и доступность адекватных методов для их интерпретации. Отсутствие доступа к данным или отсутствие адекватных методов обработки данных приводят к одинаковому результату: информация оказывается недоступной. Отсутствие адекватных методов для работы с данными во многих случаях приводит к применению неадекватных методов, в результате чего образуется неполная, неадекватная или недостоверная информация.
6. Актуальность информации – это степень соответствия информации текущему моменту времени. Нередко с актуальностью, как с полнотой, связывают коммерческую ценность информации. Поскольку информационные процессы растянуты во времени, то достоверная и адекватная, но устаревшая информация может приводить к ошибочным решениям. Необходимость поиска (или разработки) адекватного метода для работы с данными может приводить к такой задержке в получении информации, что она становится неактуальной и ненужной. На этом, в частности, основаны многие современные системы шифрования данных с открытым ключом.

  Носители данных

Данные – диалектическая составная часть информации. Они  представляют собой зарегистрированные сигналы. При этом физический метод  регистрации может быть любым. В  соответствии с методом регистрации  данные могут храниться и транспортироваться на носителях различных видов. Самым  распространенным носителем данных, хотя и не самым экономичным, по-видимому, является бумага. На бумаге данные регистрируется путем изменения оптических характеристик  ее поверхности. Изменение оптических свойств (изменение коэффициента отражения  поверхности в определенном диапазоне  длин волн) используется также в  устройствах, осуществляющих запись лазерным лучом на пластмассовых носителях  с отражающим покрытием (CD-ROM). В качестве носителей, использующих изменение магнитных свойств, можно назвать магнитные ленты и диски. Регистрация данных путем изменения химического состава поверхностных веществ носителя широко используется в фотографии. На биохимическом уровне происходит накопление и передача данных в живой природе.

Носители данных интересуют не сами по себе, а потому что, свойства информации весьма тесно связаны  со свойствами ее носителей. Любой носитель можно характеризовать параметром разрешающей способности (количеством  данных, записанных в принятой для  носителя единице измерения) и динамическим диапазоном (логарифмическим отношением интенсивности амплитуд максимального  и минимального регистрируемого  сигналов). От этих свойств носителя нередко зависят такие свойства информации, как полнота, доступность  и достоверность.

Задача преобразования данных с целью смены носителя относится  к одной из важнейших задач  информатики. В структуре стоимости  вычислительных систем устройства для  ввода и вывода данных, работающие с носителями информации, составляют до половины стоимости аппаратных средств.

Операции с  данными

В ходе информационного процесса данные преобразуются из одного вида в другой с помощью методов. Обработка  данных включает в себя множество  различных операций. По мере развития научно-технического прогресса и  общего усложнения связей в человеческом обществе трудозатраты на обработку  данных неуклонно возрастают. Прежде всего, это связано с постоянным усложнением условий управления производством и обществом. Второй фактор, также вызывающей общее увеличение объемов обрабатываемых данных, тоже связан с научно-техническим прогрессом, а именно с быстрыми темпами появления  и внедрения новых носителей  данных, средств их хранения и доставки.

В структуре возможных  операций с данными можно выделить следующие основные операции:

- сбор данных – накопление  информации с целью обеспечения  достаточной полноты для принятия  решений;

- формализация данных  – приведение данных, поступающих  из разных источников, к одинаковой  форме, чтобы сделать их сопоставимыми  между собой, то есть повысить  их уровень доступности;

- фильтрация данных –  отсеивание "лишних" данных, в которых нет необходимости для принятия решений; при этом должен уменьшаться уровень "шума", а достоверность и адекватность данных должны возрастать;

- сортировка данных –  упорядочение данных по заданному  признаку с целью удобства  использования; повышает доступность  информации;

- архивация данных –  организация хранения данных  в удобной и легкодоступной  форме, служит для снижения  экономических затрат по хранению  данных и повышает общую надежность  информационного процесса в целом;

- защита данных – комплекс  мер, направленных на предотвращение  утраты, воспроизведения и модификации  данных;

- транспортировка данных  – прием и передача (доставка  и поставка) данных между удаленными  участниками информационного процесса; при этом источник данных в  информатике принято называть  сервером, а потребителя – клиентом;

- преобразование данных  – перевод данных из одной  формы в другую. Преобразование  данных часто связано с изменением  типа носителя. Необходимость в  многократном преобразовании данных  возникает также при их транспортировке,  особенно если она осуществляется  средствами, и не предназначенными  для транспортировки данного  вида данных. В качестве примера  можно упомянуть, что для транспортировки  цифровых потоков данных по  каналам телефонных сетей (которые  изначально были ориентированы  только на передачу аналоговых  сигналов в узком диапазоне  частот) необходимо преобразование  цифровых данных в некое подобие звуковых сигналов, чем и занимаются специальные устройства – телефонные модемы.

Отличие информации от данных

Рассуждая над  вопросом отличия информации от данных,  невольно задумываешься, а есть ли у них  что-то общее?

Мы так часто в речи заменяем одно слово другим, что  не замечаем, как наши высказывания становятся абсурдными. Чтобы не попадать в глупую ситуацию, следует  разобраться,  что каждое из них обозначает. Между  данными и информацией существует настольно тесная связь, что существование  одного без другого либо невозможно, либо просто бессмысленно. Данные являются основой информации.  По сути, они  представляют собой просто набор  символов. Но после того, как  они  прошли операцию интерпретации некой  воспринимающей системой, данные становятся информацией.

Условие возникновения. Итак, информация возникает только в том случае, если имеется в наличии некий источник, содержащий данные,  и, непосредственно, получатель.  Данные могут  преобразовываться в информацию несколькими путями: посредством подсчета, коррекции, сжатия, контекстуализации и разбития на категории. Данные являются зафиксированными на каком-либо источнике сведениями. В последнее время  количество данных достигло невероятного роста. Это было вызвано быстрым ростом сети Интернет.

Измерение. Данные измерить нельзя. Как только мы станем подсчитывать данные, начнется процесс обработки. А значит, данные автоматически перейдут в разряд «информации».  Информацию измерить можно. Для этого достаточно оценить уровень знаний до поступления информации и после нее.

Результат преобразования. Человеческий мозг, подобно самому совершенному компьютеру, обрабатывает полученные нами данные и выдает некую информацию. А когда возникает необходимость ее применить для другого мыслительного процесса, то для него эта информация в свою очередь  становится данными, из которых будет получена новая информация.

Конечной стадией преобразования информации, прошедшей многократную обработку  в течении некоторого промежутка времени, становятся знания.

Таким образом, выделяют следующие  основные отличия информации от данных:

Данные и информация тесно  взаимосвязаны.

Данные фиксированы, они  реально существуют в каждую  единицу времени. Информация возникает  только при  переработке этих данных.

Данные  после преобразования становятся информацией. Многократно  проверенная информация — знания.

Информация, в отличие  от данных, субстанция измеряемая.

Кодирование данных двоичным кодом

Для автоматизации работы с данными, относящимися к различным  типам, очень важно унифицировать  их форму представления – для  этого обычно используется прием  кодирования, то есть выражение данных одного типа через данные другого  типа. Естественные человеческие языки  – это не что иное, как системы  кодирования понятий для выражения  мыслей посредством речи. К языкам близко примыкают азбуки (системы  кодирования компонентов языка  с помощью графических символов). История знает интересные, хотя и  безуспешные попытки создания "универсальных" языков и азбук. По-видимому, безуспешность попыток их внедрения связана с тем, что национальные и социальные образования естественным образом понимают, что изменение системы кодирования общественных данных непременно приводит к изменению общественных методов (то есть норм права и морали), а это может быть связано с социальными потрясениями.

Та же проблема универсального средства кодирования достаточно успешно  реализуется в отдельных отраслях техники, науки и культуры. В качестве примеров можно привести систему записи математических выражений, телеграфную азбуку, морскую флажковую азбуку, систему Брайля для слепых и многое другое.

Своя система существует и в вычислительной технике –  она называется двоичным кодированием и основана на представлении данных последовательностью всего двух знаков: 0 и 1. Эти знаки называются двоичными цифрами, по-английски  – binary digit или, сокращенно, bit (бит).

Одним битом могут быть выражены два понятия: 0 или 1 (да или  нет, черное или белое, истина или  ложь и.т.п.). Если количество битов увеличить  до двух, то уже можно выразить четыре различных понятия:

1. 01 10 11

Тремя битами можно закодировать восемь различных значений:

         000 001 010 011 100 101 110 111

Увеличивая на единицу  количество разрядов в системе двоичного  кодирования, мы увеличиваем в два  раза количество значений, которое  может быть выражено в данной системе, то есть общая формула имеет вид:

N=2^m,

где: N – количество независимых кодируемых значений; m – разрядность двоичного кодирования, принятая в данной системе.

Единицы представления  данных

Существует множество  систем представления данных. В информатике  и вычислительной технике, принята  система представления данных двоичным кодом. Наименьшей единицей такого представления  является бит (двоичный разряд).

Совокупность двоичных разрядов, выражающих числовые или иные данные, образует некий битовый рисунок. Практика показывает, что с битовым  представлением удобнее работать, если этот рисунок имеет регулярную форму. В настоящее время в качестве таких форм используются группы из восьми битов, которые называются байтами.

Понятие о байте как  группе взаимосвязанных битов появилось  вместе с первыми образцами электронной  вычислительной техники. Долгое время  оно было машинно-зависимым, то есть для разных вычислительных машин длина байта была разной. Только в конце 60-х годов понятие байта стало универсальным и машинно-независимым.

Во многих случаях целесообразно  использовать не восьмиразрядное кодирование, а 16-разрядное, 24-разрядное, 32-разрядное  и более. Группа из 16 взаимосвязанных  бит (двух взаимосвязанных байтов) в  информатике называется словом. Соответственно, группы из четырех взаимосвязанных  байтов (64 разряда) – учетверенным словом. Пока, на сегодняшний день, такой  системы обозначения достаточно.

Существует много различных  систем и единиц измерения данных. Каждая научная дисциплина и каждая область человеческой деятельности может использовать свои, наиболее удобные или традиционно устоявшиеся  единицы. В информатике для измерения  данных используют тот факт, что  разные типы данных имеют универсальное  двоичное представление и поэтому  вводят свои единицы данных, основанные на нем.

  Наименьшей единицей измерения является байт.

Поскольку одним байтом, как правило, колируется один символ текстовой информации, то для текстовых  документов размер в байтах соответствует  лексическому объему в символах (пока исключение представляет рассмотренная  выше универсальная кодировка UNICODE).

Более крупная единица  измерения – килобайт (Кбайт). Условно  можно считать, что 1 Кбайт примерно равен 1000 байт. Условность связана с  тем, что для вычислительной техники, работающей с двоичными числами, более удобно представление чисел  в виде степени двойки и потому на самом деле 1 Кбайт равен 2 байт (1024 байт).

В килобайтах измеряют сравнительно небольшие объемы данных. Условно  можно считать, что одна страница неформатированного машинописного  текста составляет около 2 Кбайт.

Более крупные единицы  измерения данных образуются добавлением  префиксов мега-, гига-, тера-; в более  крупных единицах пока нет практической надобности.

1 Кбайт = 1024 байт

1 Мбайт = 1024 Кбайт

1 Гбайт = 1024 Мбайт

1 Тбайт = 1024 Гбайт

Особо обратим внимание на то, что при переходе к более  крупным единицам "инженерная" погрешность, связанная с округлением, накапливается и становится недопустимой, поэтому на старших единицах измерения округление производится реже.

Список используемой литературы:

1. Информатика. Базовый курс/Под ред. Симоновича. С-Пб, 2001г
2. Кузнецов А.А. и др. Основы информатики. М.: Дрофа, 1998.
3. Основы информатики/ под ред А.Н. Морозевича. Минск 2003г
4. Пособие для студентов по информатике/под ред. Н.Г. Огарковой, С.С.Смаиловой. Усть-Каменогорск 2009год
5. Фролов Г.Д., Кузнецов Э.И. Элементы информатики. М.: Высшая школа, 1999.