Теория информации

21

Контрольная по Информатике

Оглавление

• 1. Теоретические вопросы
• 1.1 Понятие информации, её виды и свойства
• 1.2 Способы измерения информации. Единицы измерения количества информации
• 1.3 Кодирование информации
• 1.4 История развития вычислительной техники. Поколения ЭВМ
• 2. Практические задания
• 2.1 Задание 1
• 2.2 Задание 2
• 2.3 Задание 3
• 2.4 Задание 4
• Список литературы

• 1. Теоретические вопросы
• 1.1 Понятие информации, её виды и свойства
• Несмотря на то, что с понятием информации мы сталкиваемся ежедневно, строгого и общепризнанного ее определения до сих пор не существует, поэтому вместо определения 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 соответствуют её предмету и задачам.
• Информация - от латинского information - разъяснение, сведения, изложение о каком-либо факте, событии, объекте.
• В технике
• Информация - это сообщение, передаваемые в форме знаков и сигналов, хранимые, передаваемые и обрабатываемые с помощью технических средств.
• В теории информации
• Информация - это сведения, которые снимают полностью или уменьшают информационную неопределенность.
• В информатике
• Информация - это продукт взаимодействия данных и адекватных методов. Данные - это составная часть информации и представляют собой зарегистрированные сигналы.
• Виды информации:
• Ш Числовая
• Ш Текстовая
• Ш Графическая
• Ш Звуковая
• Ш Комбинированная
• Информация является динамическим объектом, образующимся в момент взаимодействия объективных данных и субъективных методов. Как и всякий объект, она обладает свойствами. Характерной особенностью информации, отличающей её от других объектов природы и общества, является дуализм: на свойства информации влияют как свойства данных, составляющих её содержательную часть, так и свойства методов, взаимодействующих с данными в ходе информационного процесса.
• С точки зрения информатики наиболее важными представляются следующие свойства: объективность, полнота, достоверность, адекватность, доступность, актуальность, полезность и понятность информации.
• Объективность и субъективность информации. Понятие объективности информации является относительным. Это понятно, если учесть, что методы являются субъективными. Более объективной принято считать ту информацию, в которую методы вносят меньший субъективный элемент. В ходе информационного процесса степень объективности информации всегда понижается.
• 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.
• 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 определённым уровнем «информационного шума». Если полезный сигнал зарегистрирован более четко, чем посторонние сигналы, достоверность информации может быть более высокой. При увеличении уровня шумов достоверность информации снижается.
• 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.
• 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.
• Актуальность информации - это степень соответствия информации текущему моменту времени. С актуальностью, как и с полнотой, связывают коммерческую ценность информации. Так как информационные процессы растянуты во времени, то достоверная и адекватная, но устаревшая информация может приводить к ошибочным решением. Необходимость поиска адекватного метода для работы с данными может приводить к такой задержки в получении информации, что она становится неактуальной и не нужной.
• Полезность. Информацию, которая нужна для решения поставленной задачи, называют полезной.
• Понятность. Информацию, изложенную на доступном для получателя языке, называют понятной.
• 1.2 Способы измерения информации. Единицы измерения количества информации
• Информация - произвольная последовательность символов, т.е. любое слово, каждый новый символ увеличивает количество информации. Как же измерить количество информации? Для этого, как впрочем и для измерения длины, массы и т.д нужен эталон. Какое же слово взять в качестве эталона информации? Прежде, чем выбрать это слово необходимо выбрать алфавит - материал, из которого будет сделано это слово. Обычно алфавит берут двухсимвольным. Например, он может состоять из цифр 1 и 0. Эталоном считается слово, состоящее из одного символа такого алфавита. Количество информации, содержащееся в этом слове, принимают за единицу, названную битом. Имея эталон количества информации можно сравнить любое слово с эталоном. Проще сравнивать те слова, которые записаны в том же двухсимвольном алфавите.
• 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 потому вводят свои единицы данных, основанные на нем.
• Наименьшей единицей измерения является байт. Поскольку одним байтом, как правило, кодируется один символ текстовой информации, то для текстовых документов размер в байтах соответствует лексическому объему в символах.
• Более крупная единица измерения - килобайт (Кбайт). Условно можно считать, что один 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 2¹⁰ байт (1024 байт).
• В килобайтах измеряют сравнительно не большие объёмы данных. Условно можно считать, что одна страница неформатированного машинописного текста составляет около двух Кбайт.
• Более крупные единицы измерения данных образуются добавлением префиксов мега-, гига-, тера-; в более крупных единицах пока нет практической надобности.
• 1 Мбайт = 1024 Кбайт = 10²⁰ байт
• 1 Гбайт = 1024 Мбайт = 10³⁰ байт
• 1 Тбайт = 1024 Гбайт = 10⁴⁰ байт
• 1.3 Кодирование информации
• Для автоматизации работы с данными, относящимися к различным типам, очень важно унифицировать их форму представления - для этого обычно используется прием кодиравания, то есть выражение данных одного типа через данные другого типа. Правило описывающее однозначное соответствие данных при таком преобразовании называют кодом. Естественные человеческие языки - это не что иное, как система кодирования понятий для выражения мыслей посредством речи.
• 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 или битами. Одним битом могут быть выражены два понятия 0 или 1. Если количество битов увеличить до двух, то уже можно выразить четыре различных понятия. Тремя битами можно закодировать восемь различных значений и так далее.
• Целые числа кодируются двоичным кодом достаточно просто - достаточно взять целое число и делить его пополам до тех пор, пака в остатке не образуется ноль или единица. Совокупность остатков от каждого деления, записанная справа налево вместе с последним остатком, и образует двоичный аналог десятичного числа.
• Если каждому символу алфавиту сопоставить определенное целое число (например порядковый номер), то с помощью двоичного кода можно кодировать и текстовую информацию. Восьми двоичных разрядов достаточно для кодирования 256 различных символов. Этого хватит, чтобы выразить различными комбинациями восьми битов все символы английского и русского языков, как строчные, так и прописные, а также знаки препинания, символы основных арифметических действий и некоторые общепринятые специальные символы.
• Технически это выглядит очень просто, однако всегда существовали достаточно веские организационные сложности. Для того чтобы весь мир одинаково кодировал текстовые данные, нужны единые таблицы кодирования, а это пока невозможно из-за противоречий между символами национальных алфавитов. Для английского языка, захватившего де-факто нишу международного средства общения, противоречия уже сняты. Институт стандартизации США ввел в действие систему кодирования ASKII (Стандартный код информационного обмена США). В этой системе 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. Начиная с кода 32 по код 127 размещены коды символов английского алфавита знаков препинания, цифр, арифметических действий и некоторых вспомогательных символов.
• Аналогичная система кодирования текстовых данных была разработана в СССР - система кодирования КОИ - 7 (код обмена информации, семизначный).
• Отсутствие единого стандарта в этой области привело к множественности одновременно действующих кодировок. Только в России можно указать три действующих стандарта кодировки и еще два устаревших. Так, например, кодировка символов русского языка, известная как кодировка Windows - 1251, была введена «извне» - компанией Microsoft. Эта кодировка используется на большинстве локальных компьютеров, работающих на платформе Windows.
• Другая распространенная кодировка носит название КОИ - 8 (код обмена информацией, восьмизначный). 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 алфавита, носит название кодировки ISO (Международный институт стандартизации). На практике данная кодировка используется редко.
• На компьютерах, работающих в операционных системах MS DOS, могут действовать еще две кодировки (кодировка ГОСТ и кодировка ГОСТ-альтернативная). Первая из них считалась устаревшей даже в первые годы появления ПК, но вторая используется и по сей день.
• Существует и универсальная система кодирования, основанная на 16- разрядном кодировании символов - UNICODE. Шестнадцать разрядов позволяют обеспечить уникальные коды для 65536 различных символов - этого поля достаточно для размещения в одной таблице символов большинства языков планеты.
• 1.4 История развития вычислительной техники. Поколения ЭВМ
• Появление ЭВМ или компьютеров - одна из существенных примет современной научно-технической революции. Широкое распространение компьютеров привело к тому, что все большее число людей стало знакомиться с основами вычислительной техники, а программирование постепенно превратилось в элемент культуры. Первые электронные компьютеры появились в первой половине XX века. Они могли делать значительно больше механических калькуляторов, которые лишь складывали, вычитали и умножали. Это были электронные машины, способные решать сложные задачи.
• Появление электронно-вакуумной лампы позволило учёным реализовать в жизнь идею создания вычислительной машины.
• Компьютеры на основе электронных ламп появились в 40-х годах XX века. Первая электронная лампа - вакуумный диод - была построена Флемингом лишь в 1904 году, хотя эффект прохождения электрического тока через вакуум был открыт Эдисоном в 1883 году. Вскоре Ли де Форрест изобретает вакуумный триод - лампу с тремя электродами, затем появляется газонаполненная электронная лампа - тиратрон, пятиэлектродная лампа - пентод и т. д. До 30-х годов электронные вакуумные и газонаполненные лампы использовались главным образом в радиотехнике. Но в 1931 году англичанин Винни-Вильямс построил (для нужд экспериментальной физики) тиратронный счетчик электрических импульсов, открыв тем самым новую область применения электронных ламп. Электронный счетчик состоит из ряда триггеров. Триггер, изобретенный М. А. Бонч-Бруевичем (1918) и - независимо - американцами У. Икклзом и Ф. Джорданом (1919), содержит 2 лампы и в каждый момент может находиться в одном из двух устойчивых состояний; он представляет собой электронное реле. Подобно электромеханическому, оно может быть использовано для хранения одной двоичной цифры.
• Использование электронной лампы в качестве основного элемента ЭВМ создавало множество проблем. Из-за того, что высота стеклянной лампы - 7см, машины были огромных размеров. Каждые 7-8 мин. одна из ламп выходила из строя, а так как в компьютере их было 15 - 20 тысяч, то для поиска и замены поврежденной лампы требовалось очень много времени. Кроме того, они выделяли огромное количество тепла, и для эксплуатации "современного" компьютера того времени требовались специальные системы охлаждения.
• Чтобы разобраться в запутанных схемах огромного компьютера, нужны были целые бригады инженеров. Устройств ввода в этих компьютерах не было, поэтому данные заносились в память при помощи соединения нужного штекера с нужным гнездом.
• Примерами машин I-го поколения могут служить Мark- 1, ENIAK, EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator), - первая машина с хранимой программой. UNIVAC (Universal Automatic Computer). Первый экземпляр UNIVAC был передан в Бюро переписи населения США. Позднее было создано много разных моделей UNIVAC, которые нашли применение в различных сферах деятельности. Таким образом, UNIVAC стал первым серийным компьютером. Кроме того, это был первый компьютер, где вместо перфокарт использовалась магнитная лента.
• 1 июля 1948 года на одной из страниц "Нью-Йорк Таймс", посвященной радио и телевидению, было помещено скромное сообщение о том, что фирма "Белл телефон лабораториз" разработала электронный прибор, способный заменить электронную лампу. Физик-теоретик Джон Бардин и ведущий экспериментатор фирмы Уолтер Брайттен создали первый действующий транзистор. Это был точечно-контактный прибор, в котором три металлических "усика" контактировали с бруском из поликристаллического германия.
• Первые компьютеры на основе транзисторов появились в конце 50-х годов, а к середине 60-х годов были созданы более компактные внешние устройства, что позволило фирме Digital Equipment выпустить в 1965 г. первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник и стоимостью всего 20 тыс. долларов.
• Созданию транзистора предшествовала упорная, почти 10-летняя работа, которую еще в 1938 году начал физик теоретик Уильям Шокли. Применение транзисторов в качестве основного элемента в ЭВМ привело к уменьшению размеров компьютеров в сотни раз и к повышению их надежности.
• И все-таки самой удивительной способностью транзистора является то, что он один способен трудиться за 40 электронных ламп и при этом работать с большей скоростью, выделять очень мало тепла и почти не потреблять электроэнергию. Одновременно с процессом замены электронных ламп транзисторами совершенствовались методы хранения информации. Увеличился объем памяти, а магнитную ленту, впервые примененную в ЭВМ UNIVAC, начали использовать как для ввода, так и для вывода информации. А в середине 60-х годов получило распространение хранение информации на дисках. Большие достижения в архитектуре компьютеров позволило достичь быстродействия в миллион операций в секунду! Примерами транзисторных компьютеров могут послужить "Стретч" (Англия), "Атлас" (США). В то время СССР шел в ногу со временем и выпускал ЭВМ мирового уровня (например "БЭСМ-6").
• Подобно тому, как появление транзисторов привело к созданию второго поколения компьютеров, появление интегральных схем ознаменовало собой новый этап в развитии вычислительной техники - рождение машин третьего поколения. Интегральная схема, которую также называют кристаллом, представляет собой миниатюрную электронную схему, вытравленную на поверхности кремниевого кристалла площадью около 10 мм2.
• Появление интегральных схем означало подлинную революцию в вычислительной технике. Ведь она одна способна заменить тысячи транзисторов, каждый из которых в свою очередь уже заменил 40 электронных ламп. Другими словами, один крошечный кристалл обладает такими же вычислительными возможностями, как и 30-тонный ENIAK! Быстродействие ЭВМ третьего поколения возросло в 100 раз, а габариты значительно уменьшились.
• Ко всем достоинствам ЭВМ третьего поколения добавилось еще и то, что их производство оказалось дешевле, чем производство машин второго поколения. Благодаря этому, многие организации смогли приобрести и освоить такие машины. А это, в свою очередь, привело к росту спроса на универсальные ЭВМ, предназначенные для решения самых различных задач. Большинство созданных до этого ЭВМ являлись специализированными машинами, на которых можно было решать задачи какого-то одного типа.
• Развитие микроэлектроники привело к созданию возможности размещать на одном-единственном кристалле тысячи интегральных схем. Так, уже в 1980 году, центральный процессор небольшого компьютера оказался возможным разместить на кристалле, площадью всего в четверть квадратного дюйма (1,61 см2). Началась эпоха микрокомпьютеров (Четвертое поколение ЭВМ).
• На ЭВМ пятого поколения ставятся совершенно другие задачи, нежели при разработки всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ с I по IV поколений стояли такие задачи, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие "интеллектуализации" компьютеров - устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютер теперь используется и дома, это компьютерные игры, прослушивание высококачественной музыки, просмотр фильмов. Уже сейчас компьютеры способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволяет общаться с компьютерами всем пользователям, даже тем, кто не имеет специальных знаний в этой области.
• 2. Практические задания
• 2.1 Задание 1
• Перевести число 66,5₁₀ в двоичную систему счисления.
• Решение.
• При решении данной задачи используются следующие правила.
• Правило1.
• Смешанные числа десятичной системы счисления переводятся в два приема: отдельно целая часть по своему правилу и отдельно дробная часть по своему правилу. Затем записывается общий результат, у которого дробная часть отделяется запятой.
• Правило 2.
• Для перевода целого десятичного числа А в систему счисления с основанием q, необходимо число А делить на основание q, до получения остатка меньшего q. Полученное частное следует снова делить на q до получения целого остатка меньше q и т.д., до тех пор, пока последнее частное не будет меньше q. Тогда десятичное число А в системе счисления с основанием q следует записать в виде последовательности остатков деления в порядке обратном их получению, причем старший разряд дает последнее частное.
• Правило 3.
• Для перевода десятичной дроби в систему счисления с основанием q, следует умножить это число на основание q. Целая часть произведения будет первой цифрой числа в системе счисления с основанием q. Затем, отбросив целую часть, снова умножить на основание q и т.д., до тех пор, пока не будет получено требуемое число разрядов в новой системе счисления или пока перевод не закончится.
• Используя правило 2, переведем целую часть числа
• 66 2
• 6 33 2
• 6 2 16 2
• 6 13 16 8 2
• 0 12 0 8 4 2
• 1 0 4 2 2
• 0 2 1 66₁₀ = 1000010₂
• 0
• Используя правила 3, переведем дробную часть числа
• _Х 0,5
• 2
• 1,0 0,5₁₀ = 0,1₂
• По правилу 1 66,5₁₀ = 100001,1₂
• Ответ: 100001,1₂
• Перевести число F4₁₆ в двоичную систему счисления.
• Решение.
• При решении данной задачи используются следующие правила.
• Правило.
• Чтобы перевести целое число из шестнадцатиричной системы счисления в двоичную, следует для каждой шестнадцатиричной цифры отвести четыре двоичных разряда, а затем выполнить перевод шестнадцатиричных цифр в двоичные коды. Для этого нужно перевести цифры из шеснадцатеричной системы счисления в десятичную, и далее перевести из десятичной в двоичную.
• F4₁₆ F₁₆ = 15₁₀ 15 2 15₁₀ = 1111₂
• 14 7 2
• 1111 0100 1 6 3 2
• 1 2 1
• 1
• 4₁₆ = 4₁₀ 4 2 4₁₀ = 100₂
• 2 2 2
• 0 2 1
• 0
• F4₁₆ = 11110100₂
• Ответ: 11110100₂.
• Вычислить (100001,1₂+11110100₂)М1,101₂
• Решение.
• При решении данного примера следует использовать следующие таблицы сложения и умножения цифр.

х	0	1
0	0	0
1	1	1

• ₊11110100_{2 х}100010101,1₂
• 100001,1₂ 1,101₂

+	0	1
0	0	1
1	1	10


• 100010101,1_{2 +}1000101011
• 1000101011
• 1000101011
• 1110000101111₂
• Ответ: (100001,1₂+11110100₂)М1,101₂ = 1110000101111₂
• 2.2 Задание 2
• Реализовать блок схему
• -
• +
• + -
• Текст программы.
• Program 1;
• Uses crt;
• Var s, x : real;
• Begin
• Clrscr;
• x:=1;
• s:=0;
• If x<>0 then
• Begin
• If x>1 then
• Begin
• s:=s + ln x;
• write (`x= ', x);
• end
• else write (`x= ', x);
• end
• else write (`s= ', s);
• readkey;
• end.
• 2.3 Задание 3
• Нарисовать блок-схему в Microsoft Word, ввести программу, выполнить отладку программы в системе программирования Turbo Pascal, скопировать текст программы и результаты счета в тот же текстовый документ.
• Дан одномерный массив, элементами которого являются целые числа. Заменить все отрицательные числа нулями.

• Блок-схема
• -
• +
• Текст программы.
• Program 2;
• Uses crt;
• Var s, n :integer;
• A: array[1..100] of integer;
• Begin
• Clrscr;
• Write (`n= ');
• Read (n);
• Clrscr;
• For s:=1 to n do
• Begin
• Write (`A[', s,']= ');
• Readln (A[s]); {Ввод массива}
• Clrscr;
• End;
• For s:=1 to n do
• Begin
• Write (A[s],' '); {Вывод исходного массива}
• End;
• Writeln;
• For s:=1 to n do
• Begin
• If A[s]<0 then A[s]:=0; {Обработка массива}
• End;
• For s:=1 to n do
• Begin
• Write (A[s],' '); {Вывод преобразованного массива}
• End;
• Readkey;
• End.
• 2.4 Задание 4
• Создание буквицы в Microsoft Word. Дайте краткое описание и приведите не менее трех примеров фрагментов текстов с использованием буквицы.
• Форматирование текста в Microsoft Word осуществляется средствами меню Формат. Одним из таких средств является буквица. Буквица позволяет изменить (увеличить, вынести на поля и т.д.) первую букву абзаца.
• Чтобы создать буквицу:
• · Щелкните абзац, который требуется начать с большой заглавной буквы (буквицы). Абзац должен содержать текст.
• · В меню Формат выберите команду Буквица.
• · Выберите параметр В тексте или На поле.
• · Выберите другие необходимые параметры.
• Чтобы удалить буквицу:
• · Щелкните абзац, который содержит большую заглавную букву (буквицу).
• · В меню Формат выберите команду Буквица.
• · Выберите вариант Нет.
• Примеры
• Информация в пререводе с латинского языка означает: разъяснение, изложение чего-либо или сведения о чём-либо. Такое понятие, как обработка информации, появилось совсем недавно, но обрабатывать информацию люди начали ещё в древние времена.
• Сначала из поколения в поколение информация передавалась устно. Это были сведения о профессиональных навыках, например о приёмах охо-ты, обработки охотничьих трофеев, способах земледелия и др. Но затем информацию стали фиксировать в виде графических образов окружающего мира.
• Сегодня потоки книг, сливаясь с потоками технической документации и многотомной справочной литературой, образуют океаны информации. Эту информацию необходимо хранить и передавать потребителю, для чего нужен мобильный и ёмкостный носитель.

• Список литературы
• 1. Информатика. Базовый курс. 2-е издание / под ред. С.В.Симоновича - СПб,; Питер, 2006, 640 с.; ил.
• 2.Нестеренко А.В."ЭВМ и профессия программиста",М:Просвещение,1990 г.
• 3. Решетников В.Н.,Сотников А.Н."Информатика - что это?",М:Радио и связь,1989 г.