Форма представления информации. 2

РОССИЙСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ  И ГАЗА ИМЕНИ И. М. ГУБКИНА 
 
 
 
 
 

Реферат: 
 
 

  ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ 
 
 
 

Выполнил  студент группы РН-11-3

                                                               Николаев Руслан Владимирович

                                  Преподователь:   

МОСКВА 2011 
 
 

СОДЕРЖАНИЕ:

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………..3-4

ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ…...........5

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ТЕКСТОВЫХ ДАННЫХ…….....6-7

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ…………………………………………8-10

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЗВУКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ…...11

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЧИСЛОВОЙ ИНФОРМАЦИИ….12

ОБЪЕМ ИНФОРМАЦИИ………………………………...13

ВЫВОДЫ…………………………………………………...14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ВВЕДЕНИЕ

     Слово «информация» – латинское. За долгие годы его значение претерпело целую  эволюцию, то расширяя, то предельно сужая свои границы. Вначале под информацией понимали термины «представление», «понятие». Затем – «сведения», «передача сообщений». А в последние годы ученые пришли к выводу, что обычное, всеми принятое значение слова «информация» – слишком эластично, расплывчато, и дали ему следующее значение: «мера определенности в сообщении». В целом же, информация – это отражение предметного мира с помощью знаков и сигналов.

     Информация  – понятие очень емкое, в которое  вмещается все разнообразие вещей  и явлений, вся история, все тома научных исследований, творения поэтов и прозаиков. И вся эта совокупность отражается в двух формах – непрерывной и дискретной.

     Объекты и явления характеризуются значениями физических величин. Например, массой тела, его температурой, расстоянием между двумя точками, длиной пройденного движущимся телом пути, яркостью света и т.д. Природа некоторых величин такова, что величина может принимать принципиально любые значения в каком-то диапазоне. Эти значения могут быть сколь угодно близки друг к другу, исчезающе малоразличимы, но все-таки, хотя бы в принципе, различаться, а количество значений, которое может принимать такая величина, бесконечно велико. Такие величины называются непрерывными, а информация, которую они несут в себе, непрерывной информацией. Слово «непрерывность» отчетливо выделяет основное свойство таких величин – отсутствие разрывов, промежутков между значениями, которые может принимать величина.

     Кроме непрерывных существуют иные величины, например, количество людей в комнате, количество электронов в атоме и  т.д. Такого рода величины могут принимать только целые значения, например, 0, 1, 2, ..., и не могут иметь дробей. Величины, принимающие не всевозможные, а лишь вполне определенные значения, называют дискретными. Для дискретной величины характерно, что все ее значения можно пронумеровать целыми числами 0, 1, 2 и.т.д. Примеры дискретных величин: геометрические фигуры (треугольник, квадрат, окружность), буквы алфавита, цвета радуги.

     Можно утверждать, что различие между двумя  формами информации обусловлено  принципиальным различием природы  величин. В то же время непрерывная и дискретная информация часто используются совместно для представления сведений об объектах и явлениях.

    Сигнал (от латинского signum — знак) представляет собой любой процесс, несущий  информацию.

    Сообщение — это информация, представленная в определенной форме и предназначенная для передачи.

    Данные  — это информация, представленная в формализованном виде и предназначенная  для обработки ее техническими средствами, например, ЭВМ.

Сигнал называется непрерывным, если его параметр в  заданных пределах может принимать любые промежуточные значения. Сигнал называется дискретным, если его параметр в заданных пределах может принимать отдельные фиксированные значения.

Следует различать  непрерывность или дискретность сигнала по уровню и во времени.

На рисунке  в виде графиков изображены: а) непрерывный  по уровню и во времени  сигнал Хнн; б) дискретный по уровню и непрерывный  во времени сигнал  Хдн; в) непрерывный  по уровню и дискретный во времени  сигнал Хнд; г) дискретный по уровню и  во времени сигнал  Хдд. 
 
 
 

ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Выделяют четыре формы представления информации:

1) Текстовая  — передаваемая в виде символов, предназначенных обозначать лексемы  языка

2) Числовая —  в виде цифр и знаков, обозначающих  математические действия

3) Графическая  — в виде изображений, предметов,  графиков

4) Звуковая —  устная или в виде записи  передача лексем языка аудиальным  путём 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ТЕКСТОВЫХ ДАННЫХ

 Любой текст  состоит из последовательности  символов. Символами могут быть буквы, цифры, знаки препинания, знаки математических действий, круглые и квадратные скобки и т.д. Особо обратим внимание на символ "пробел", который используется для разделения слов и предложений между собой. Хотя на бумаге или экране дисплея "пробел" - это пустое, свободное место, этот символ ничем не "хуже" любого другого символа. На клавиатуре компьютера или пишущей машинки символу "пробел" соответствует специальная клавиша.

 Текстовая  информация, как и любая другая, хранится в памяти компьютера  в двоичном виде. Для этого каждому символу ставится в соответствие некоторое неотрицательное число, называемое кодом символа, и это число записывается в память ЭВМ в двоичном виде. Конкретное соответствие между символами и их кодами называется системой кодировки.

 В современных  ЭВМ, в зависимости от типа  операционной системы и конкретных  прикладных программ, используются 8-разрядные и 16-разрядные (Windows 95, 98, NT) коды символов. Использование  8-разрядных кодов позволяет закодировать 256 различных знаков, этого вполне достаточно для представления многих символов, используемых на практике. При такой кодировке для кода символа достаточно выделить в памяти один байт. Так и делают: каждый символ представляют своим кодом, который записывают в один байт памяти.

 В персональных компьютерах обычно используется система кодировки ASCII (American Standard Code for Information Interchange - американский стандартный код для обмена информации). Он введен в 1963 г. и ставит в соответствие каждому символу семиразрядный двоичный код. Легко определить, что в коде ASCII можно представить 128 символов.

 В системе  ASCII закреплены две таблицы кодирования  базовая и расширенная. Базовая  таблица закрепляет значения  кодов от 0 до 127, а расширенная  относится к символам с номерами  от 128 до 255.

 Первые 32 кода  базовой таблицы, начиная с  нулевого, отданы производителям  аппаратных средств. В этой  области размещаются управляющие  коды, которым не соответствуют  ни какие символы языков. Начиная  с 32 по 127 код размещены коды  символов английского алфавита, знаков препинания, арифметических действий и некоторых вспомогательных символов.

 Кодировка  символов русского языка, известная  как кодировка Windows-1251, была введена  "извне" - компанией Microsoft, но, учитывая  широкое распространение операционных систем и других продуктов этой компании в России, она глубоко закрепилась и нашла широкое распространение.

 Другая распространённая  кодировка носит название КОИ-8 (код обмена информацией, восьмизначный) - её происхождение относится  к временам действия Совета Экономической Взаимопомощи государств Восточной Европы. Сегодня кодировка КОИ - 8 имеет широкое распространение в компьютерных сетях на территории России и в российском секторе Интернета.

 Международный  стандарт, в котором предусмотрена  кодировка символов русского языка, носит название ISO (International Standard Organization - Международный институт стандартизации). На практике данная кодировка используется редко.

Универсальная система кодирования текстовых  данных.

 Если проанализировать  организационные трудности, связанные с созданием единой системы кодирования текстовых данных, то можно прийти к выводу, что они вызваны ограниченным набором кодов (256). В то же время, очевидно, что если, кодировать символы не восьмиразрядными двоичными числами, а числами с большим разрядом то и диапазон возможных значений кодов станет на много больше. Такая система, основанная на 16-разрядном кодировании символов, получила название универсальной - UNICODE. Шестнадцать разрядов позволяют обеспечить уникальные коды для 65 536 различных символов - этого поля вполне достаточно для размещения в одной таблице символов большинства языков планеты.

 Несмотря  на тривиальную очевидность такого  подхода, простой механический  переход на данную систему  долгое время сдерживался из-за недостатков ресурсов средств вычислительной техники (в системе кодирования UNICODE все текстовые документы становятся автоматически вдвое длиннее). Во второй половине 90-х годов технические средства достигли необходимого уровня обеспечения ресурсами, и сегодня мы наблюдаем постепенный перевод документов и программных средств на универсальную систему кодирования.

 Ниже приведены  таблицы кодировки ASCII.

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

 Все известные  форматы представления изображений  (как неподвижных, так и движущихся) можно разделить на растровые и векторные. В векторном формате изображение разделяется на примитивы - прямые линии, многоугольники, окружности и сегменты окружностей, параметрические кривые, залитые определенным цветом или шаблоном, связные области, набранные определенным шрифтом отрывки текста и т. д. (см. рис.). Для пересекающихся примитивов задается порядок, в котором один из них перекрывает другой. Некоторые форматы, например, PostScript, позволяют задавать собственные примитивы, аналогично тому, как в языках программирования можно описывать подпрограммы. Такие форматы часто имеют переменные и условные операторы и представляют собой полнофункциональный (хотя и специализированный) язык программирования.

Рис. Двухмерное векторное изображение

 Каждый примитив  описывается своими геометрическими  координатами. Точность описания  в разных форматах различна, нередко  используются числа с плавающей  точкой двойной точности или  с фиксированной точкой и точностью до 16-го двоичного знака.

 Координаты  примитивов бывают как двух-, так  и трехмерными. Для трехмерных  изображений, естественно, набор  примитивов расширяется, в него  включаются и различные поверхности  - сферы, эллипсоиды и их сегменты, параметрические многообразия и др. (см. рис.).

Рис. Трехмерное векторное изображение

 Двухмерные  векторные форматы очень хороши  для-представления чертежей, диаграмм, шрифтов (или, если угодно, отдельных  букв шрифта) и отформатированных  текстов. Такие изображения удобно редактировать - изображения и их отдельные элементы легко поддаются масштабированию и другим преобразованиям. Примеры двухмерных векторных форматов - PostScript, PDF (Portable Document Format, специализированное подмножество PostScript), WMF (Windows MetaFile), PCL (Printer Control Language, система команд принтеров, поддерживаемая большинством современных лазерных и струйных печатающих устройств). Примером векторного представления движущихся изображений является MacroMedia Flash. Трехмерные векторные форматы широко используются в системах автоматизированного проектирования и для генерации фотореалистичных изображений методами трассировки лучей и т. д.

 Однако преобразование реальной сцены (например, полученной оцифровкой видеоизображения или сканированием фотографии) в векторный формат представляет собой сложную и, в общем случае, неразрешимую задачу. Программы-векторизаторы существуют, но потребляют очень много ресурсов, а качество изображения во многих случаях получается низким. Самое же главное - создание фотореалистичных (фотографических или имитирующих фотографию) изображений в векторном формате, хотя теоретически и, возможно, на практике требует большого числа очень сложных примитивов. Гораздо более практичным для этих целей оказался другой подход к оцифровке изображений, который использует большинство современных устройств визуализации: растровые дисплеи и многие печатающие устройства.

 В растровом  формате изображение разбивается на прямоугольную матрицу элементов, называемых пикселами (слегка искаженное PICture ELement - этемент картинки). Матрица называется растром. Для каждого пиксела определяется его яркость и, если изображение цветное, цвет. Если, как это часто бывает при оцифровке реальных сцен или преобразовании в растровый формат (растеризации) векторных изображений, в один пиксел попали несколько элементов, их яркость и цвет усредняются с учетом занимаемой площади. При оцифровке усреднение выполняется аналоговыми контурами аналого-цифрового преобразователя, при растеризации - алгоритмами анти-алиасинга.

 Размер матрицы  называется разрешением растрового  изображения. Для печатающих устройств  (и при растеризации изображений,  предназначенных для таких устройств)  обычно задается неполный размер матрицы, соответствующей всему печатному листу, а количество пикселов, приходящихся на вертикальный или горизонтальный отрезок длиной 1 дюйм; соответствующая единица так и называется - точки на дюйм (DPI, Dots Per Inch).

Вторым параметром растрового изображения является разрядность одного пиксела, которую называют цветовой глубиной. Для черно-белых изображений достаточно одного бита на пиксел, для градаций яркости серого или цветовых составляющих изображения необходимо несколько битов (см. рис.). В цветных изображениях пиксел разбивается на три или четыре составляющие, соответствующие разным цветам спектра. В промежуточных данных, используемых при оцифровке и редактировании растровых изображений, цветовая глубина достигает 48 или 64 бит (16 бит на цветовую составляющую). Яркостный диапазон современных Мониторов, впрочем, позволяет ограничиться 8-ю битами, т. е. 256 градациями, на одну цветовую составляющую: большее количество градаций просто незаметно глазу.

Рис. Растровое  изображение

В различных  графических форматах используется разный способ хранения пикселов. Два  основных подхода - хранить числа, соответствующие  пикселам, одно за другим, или разбивать  изображение на битовые плоскости - сначала хранятся младшие биты всех пикселов, потом - вторые и так далее. Обычно растровое изображение снабжается заголовком, в котором указано его разрешение, глубина пиксела и, нередко, используемая цветовая модель. 
 
 
 
 
 
 

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЗВУКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

 Приёмы и  методы работы со звуковой  информацией пришли в вычислительную технику наиболее поздно. К тому же, в отличие от числовых, текстовых и графических данных, у звукозаписей не было столь же длительной и проверенной истории кодирования. В итоге методы кодирования звуковой информации двоичным кодом далеки от стандартизации. Множество отдельных компаний разработали свои корпоративные стандарты, но среди них можно выделить два основных направления.

Метод FM (Frequency Modulation) основан та том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, а, следовательно, может быть описан числовыми параметрами, т.е. кодом. В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, т.е. являются аналоговыми. Их разложение в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальный устройства - аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). При таких преобразованиях неизбежны потери информации, связанные с методом кодирования, поэтому качество звукозаписи обычно получается не вполне удовлетворительным и соответствует качеству звучания простейших электромузыкальных инструментов с окрасом характерным для электронной музыки. В то же время данный метод копирования обеспечивает весьма компактный код, поэтому он нашёл применение ещё в те годы, когда ресурсы средств вычислительной техники были явно недостаточны.

Метод таблично волнового (Wave-Table) синтеза лучше  соответствует современному уровню развития техники. В заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков для  множества различных музыкальных  инструментах. В технике такие образцы называют сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсивность звука, динамику его изменения, некоторые параметры среды, в которой происходит звучание, а также прочие параметры, характеризующие особенности звучания. Поскольку в качестве образцов исполняются реальные звуки, то его качество получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.

 Таким образом,  рассмотрев принципы хранения  в ЭВМ различных видов информации, можно сделать важный вывод о том, что все они так или иначе преобразуются в числовую форму и кодируются набором нулей и единиц. Благодаря такой универсальности представления данных, если из памяти наудачу извлечь содержимое какой-нибудь ячейки, то принципиально невозможно определить, какая именно информация там закодирована: текст, число или картинка.  
 
 
 

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЧИСЛОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

Представление целых чисел в компьютере.

 Целые числа  являются простейшими числовыми  данными, с которыми оперирует ЭВМ. Для целых чисел существуют два представления: беззнаковое (только для неотрицательных целых чисел) и со знаком. Очевидно, что отрицательные числа можно представлять только в знаковом виде. Целые числа в компьютере хранятся в формате с фиксированной запятой. 

Представление целых чисел в беззнаковых  целых типах.

 Для беззнакового  представления все разряды ячейки  отводятся под представление  самого числа. Например, в байте  (8 бит) можно представить беззнаковые  числа от 0 до 255. Поэтому, если известно, что числовая величина является неотрицательной, то выгоднее рассматривать её как беззнаковую. 

Представление целых чисел в знаковых целых  типах.

 Для представления  со знаком самый старший (левый)  бит отводится под знак числа,  остальные разряды - под само число. Если число положительное, то в знаковый разряд помещается 0, если отрицательное - 1. Например, в байте можно представить знаковые числа от -128 до 127. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ОБЪЕМ ИНФОРМАЦИИ

Процесс познания окружающего мира приводит к накоплению информации в форме знаний (фактов, научных теорий и т.д.). Получение новой информации приводит к расширению знания или, как иногда говорят, к уменьшению неопределенности знаний. Если некоторое сообщение приводит к уменьшению неопределенности нашего знания, то можно говорить, что такое сообщение содержит информацию.

Чем более неопределенна  первоначальная ситуация, тем больше мы получим новой информации при  получении информационного сообщения.

Количество  информации можно рассматривать как меру уменьшения неопределенности знания при получении информационных сообщений.

Данный подход позволяет измерить количество информации:

где N - количество возможных информационных сообщений;

      I - количество информации, которое несет одно сообщение.

Отсюда,

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

    I = -(p[1]*log(p[1])+p[2]*log(p[2])+...+p[n]*log(p[n])) ,

    n - число возможных состояний;

    p[1],...p[n] - вероятности отдельных состояний;

    log( ) - функция логарифма при основании  2.

    При оценке количества дискретной информации часто используется также формула  Хартли:

    I = log(n) ,

    где n - число возможных равновероятных состояний;

    log() - функция логарифма при основании  2.

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

                                                       ВЫВОДЫ

    1. Информация - отражение предметного  или воображаемого мира с помощью  знаков и сигналов.

    2. Информация может существовать либо в непрерывной, либо в дискретной формах.

    3.Формы представления информации:

    1)Текстовая                                 3)Числовая

    2)Графическая                                 4)Звуковая

    4. Физический процесс является  сигналом, если какая-либо присущая ему физическая величина несет в себе информацию.

    5. Чтобы представить дискретную  информацию, надо перечислить (поименовать)  все разнообразия, присущие объекту  или явлению (цвета радуги, виды  фигур и др.).

    6. Разные алфавиты обладают одинаковой “изобразительной силой”: с помощью одного алфавита можно представить всю информацию, которую удавалось представить на основе другого алфавита. А значит, информацию обо всем окружающем человека мире можно представить в дискретной форме с использованием алфавита, состоящего только из двух символов (т.е. с использованием двоичной цифровой формы).

    7. Форма представления информации, отличная от естественной, общепринятой, называется кодом.

    Широко  известны такие коды, как почтовые индексы, нотная запись музыки, телеграфный код Морзе, цифровая запись программ для ЭВМ (программирование в кодах), помехозащищенные коды в системах передачи данных.

    8. Информация уничтожает неопределенность знаний об окружающем мире. Степень неопределенности принято характеризовать с помощью понятия “вероятность”.

    Вероятность - величина, которая может принимать  значения в диапазоне [0,1] и которая  может рассматриваться как мера возможности наступления какого-либо события. Если событие никогда не может произойти, его вероятность  считается равной 0, а если событие  происходит всегда, его вероятность равна 1.

    Для оценки количества информации в технике  чаще всего используется способ, предложенный Клодом Шенноном. Для случая, когда  все состояния, в которых может  находиться объект, равновероятны, применяют  формулу Хартли. Одна единица информации называется битом. 
 

    ЛИТЕРАТУРА:

    http://ru.wikipedia.org

    http://informatik.mybb.ru/viewtopic.php?id=6

    http://kuzelenkov.narod.ru/mati/book/informat_prog.html

          http://www.klgtu.ru/students/literature/inf_asu/0.html