Информатика как научная дисциплина с широчайшим диапазоном применения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Понятие информатики является относительно новым в лексиконе современного человека. Несмотря на повсеместное употребление, его содержание остается не проясненным до конца в силу своей новизны. Интуитивно ясно, что оно связано с информацией, а также с ее обработкой на компьютерах. Это подтверждается существующей легендой о происхождении данного слова: считается, что оно составлено из двух слов - ИНФОРМАция и автомаТИКА (как средство преобразования информации).

Вследствие широкого распространения компьютеров и информационного бума, который переживает человечество, с азами информатики должен быть знаком всякий грамотный современный человек

Информатика -- это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.

Из этого определения видно, что информатика очень близка к технологии, поэтому ее предмет нередко называют информационной технологией.

Основные задачи дисциплины "Информатика":

1) изучение возможностей использования современной компьютерной техники и средств оргтехники;

2) paзвитиe aлгopитмичecкoгo мышлeния, приобретение навыков алгоритмизации задач, подлежащих решению на ЭВМ;

3)изучение элементов операционных систем и средств диалогового общения с ЭВМ;

4) oбyчeниe основам пpoгpaммиpoвaния на одном из aлгopитмичecких языков высокого уровня и изучение алгоритмов некоторых численных методов и способов их применения к решению прикладных задач;

5) обучение компьютерным информационным технологиям, предусматривающих использование профессиональных инструментальных средств (прикладных пакетов и интегрированных систем), в первую очередь -- текстовые редакторы (процессоры), электронные таблицы, базы данных, системы автоматизированного проектирования, математические прикладные системы, системы деловой и иллюстративной графики, офисные системы, программы-переводчики;

6) обучение студентов работе со средствами оргтехники и телекоммуникациями.

Предмет информатики составляют следующие понятия:

· аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;

· программное обеспечение средств вычислительной техники;

· средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;

· средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

Информатика -- научная дисциплина с широчайшим диапазоном применения. Её основные направления:

pазpаботка вычислительных систем и пpогpаммного обеспечения;

теоpия инфоpмации, изучающая процессы, связанные с передачей, приёмом, преобразованием и хранением информации;

методы искусственного интеллекта, позволяющие создавать программы для решения задач, требующих определённых интеллектуальных усилий при выполнении их человеком (логический вывод, обучение, понимание речи, визуальное восприятие, игры и др.);

системный анализ, заключающийся в анализе назначения проектируемой системы и в установлении требований, которым она должна отвечать;

методы машинной графики, анимации, средства мультимедиа;

средства телекоммуникации, в том числе, глобальные компьютерные сети;

разнообразные пpиложения, охватывающие производство, науку, образование, медицину, торговлю, сельское хозяйство и все другие виды хозяйственной и общественной деятельности.

Информатика основывается на использовании 2-х классов средств и систем:

· технические средства;

· программные средства.

Технические средства, то есть аппаратура компьютеров, в английском языке обозначаются словом Hardware, которое буквально переводится как "твёрдые изделия".

А для программных средств выбрано (а точнее, создано) очень удачное слово Software (буквально -- "мягкие изделия"), которое подчёркивает равнозначность программного обеспечения и самой машины и вместе с тем подчёркивает способность программного обеспечения модифицироваться, приспосабливаться, развиваться.

Программное обеспечение -- это совокупность всех программ, используемых компьютерами, а также вся область деятельности по их созданию и применению.

Помимо этих двух общепринятых ветвей информатики выделяют ещё одну существенную ветвь -- алгоритмические средства. Эта ветвь связана с разработкой алгоритмов и изучением методов и приёмов их построения.

Домашнее задание:

1. Определение информатики?

2. Доклад «С.А.Лебедев».

3. Доклады «Первое и второе поколение ЭВМ».

4. Доклады «Третье и четвертое поколение ЭВМ».

5. Доклад «Пятое поколение ЭВМ».

пpогpаммное обеспечение информация

Раздел 1. Информационная деятельность человека

1.1 История развития информационного общества и вычислительной тех

ники

Понятие «информационное общество» появилось во второй половине ХХ века и впервые было введено в оборот в Японии в 1966 г. в докладе группы по научным, технических исследованиям, где утверждалось, что информационное общество представляет собой общество, в котором имеется в изобилии высокая по качеству информация, а также есть все необходимые средства для ее хранения, распределения и использования. Под информатизацией общества понимают организованный социально-экономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей и реализации прав физических и юридических лиц на основе формирования и использования информационных ресурсов - документов в различной форме представления.

Рассмотрим основные этапы информационного развития в виде следующей таблицы:

Время	Этап	Достоинства	Материальные но-сители
2-3 млн. лет назад*	Речь	Формирование трудового коллектива, способ со-хранения и передачи на-копленного опыта	Мозг человека
30 тыс. лет назад	Письменность	Накопление и распро-странение знаний	Камень, кость, де-рево, глина, папи-рус, шелк, бумага
Середина XVI века	Книго-печатание	Массовая доступность к информации > промыш-ленная революция	К н и г а
С конца XIX века - …	Средства связи	Быстрая передача ин-формации на любые рас-стояния	Электро-магнитные колебания
С середины ХХ века - …	Информатика	Компьютерные сети принципиально изменили обработку, хранение и передачу информации.	Перфоленты, пер-фокарты, магнитные карты, магнитные ленты, магнитные

Целью информатизации является создание информационного общества, когда большинство людей занято производством, хранением, переработкой и реализацией информации. Для решения этой задачи возникают новые направления в научной и практической деятельности членов общества. Так возникла информатика и информационные технологии.

Характерными чертами информационного общества являются следующие:

1. решена проблема информационного кризиса, когда устранено противоречие между информационной лавиной и информационным голодом;

2. обеспечен приоритет информации перед другими ресурсами;

3. главная форма развития общества - информационная экономика;

4. в основу общества закладывается автоматизированная генерация, хранение, обработка и использование знаний с помощью новейшей информационной техники и технологии;

5. информационные технологии приобретают глобальный характер, охватывая все сферы социальной деятельности человека;

6. формируется информационное единство всей человеческой цивилизации;

7. с помощью средств информатики реализован свободный доступ каждого человека к информационным ресурсам всей цивилизации;

8. реализованы гуманистические принципы управления обществом и воздействия на окружающую среду.

Помимо перечисленных положительных результатов процесса информатизации общества, возможны и негативные тенденции, сопровождающие этот процесс:

1. все большее влияние приобретают средства массовой информации;

2. информационные технологии могут разрушить частную жизнь человека;

3. существенное значение приобретает проблема качественного отбора достоверной информации;

4. некоторые люди испытывают сложности адаптации к информационному обществу.

В настоящий момент ближе всех стран к информационному обществу находятся США, Япония, Англия, страны Западной Европы.

Первым устройством для счета, известным еще задолго до нашей эры (V в. до н.э.) был простой абак, с которого и началось развитие вычислительной техники. Придумали абак в Греции и Египте.

Греческий (египетский) абак - это дощечка, покрытая слоем пыли, на которой острой палочкой проводились линии и какие-нибудь предметы, размещавшиеся в полученных колонках по позиционному принципу. В Древнем Риме абак появился, вероятно в V-VI вв н.э., и назывался calculi или abakuli. Изготовлялся абак из бронзы, камня, слоновой кости и цветного стекла. До нашего времени дошёл бронзовый римский абак, на котором камешки передвигались в вертикально прорезанных желобках. Внизу помещались камешки для счета до пяти, а в верхней части имелось отделение для камешка, соответствующего пятёрке.

Первую арифметическую машину, выполняющую все четыре арифметических действия, создал в 1673 году немецкий математик Лейбниц - механический арифмометр. Арифметическая машина Лейбница послужила прототипом арифмометров, которые начали производиться серийно с 1820 года и использовались вплоть до 60х годов XX в. (доклад «Готфрид Лейбниц и механический арифмометр.

Арифмометр был предшественником современного калькулятора. Практически у каждого школьника есть сейчас калькулятор. Арифмометр, как и простой калькулятор - это средство механизации вычисления. Мечтой изобретателей вычислительной техники было создание считывающего автомата, который бы без вмешательства человека производил расчеты по заранее составленной программе. XIX в.: автором первого проекта вычислительного автомата был профессор Кембриджского университета английский математик Чарльз Бэббидж.

Аналитическая машина Бэббиджа. Основные идеи заложенные в проекте этой машины, в нашем веке были использованы конструкторами ЭВМ.

Эра электронных вычислительных машин началась в 30-х годах XX в. В 40-х годах удалось создать первую программируемую счетную машину на основе электромеханических реле. Реле - это элемент, имеющий два рабочих состояния «включено» и «выключено». При проектировании этих электромеханических счетных машин использовался аппарат математической логики. 40-е годы XX в. считаются годами бурного прогресса научных и технических новшеств. Не успели начать серийно выпускать электромеханические счетные машины, как появились первые ЭВМ, в которых логические элементы были реализованы на основе радиоламп.

Первая ЭВМ «ЭНИАК» (цифровой интегратор и вычислитель) была создана в США после второй мировой войны в 1946 году. В группу создателей этой ЭВМ входил один из самых выдающихся ученых XX в. Джон фон Нейман. Принципиальное описание устройств и работы компьютера принято называть архитектурой ЭВМ

Развитие ЭВМ в СССР связано с именем академика Сергея Алексеевича Лебедева, под руководством которого были созданы: в 1951 году в Киеве МЭСМ (малая электронно-счетная машина) и 1953 году в Москве БЭСМ (большая электронно-счетная машина). (Доклад «С.А.Лебедев»).

Первые ЭВМ были слишком дорогими, громоздкими и потому не имели массового применения: они использовались только в крупных научных центрах, в космосе, обороне, в метеорологии. (Доклады «Первое и второе поколение ЭВМ», «Третье и четвертое поколение ЭВМ»)

ЭВМ первого поколения появились в 50-х годах XX столетия, изготовлялись на основе вакуумных электроламп. Эти ЭВМ размещались в нескольких больших металлических шкафах, занимавших целые залы и требовавшие сложнейшей системы охлаждения. Программы для ЭВМ первого поколения составлялись в машинных кодах - в виде длинных последовательностей двоичных чисел. Главным образом эти ЭВМ использовались для инженерных и научных расчетов.

ЭВМ второго поколения появились в 60х годах. В этих машинах логические элементы реализовывались на базе полупроводниковых приборов - транзисторов. Это позволило увеличить надежность машин, сократить их размеры и потребление электроэнергии. Тем самым открылся путь для серийного производства ЭВМ.

В составе ЭВМ второго поколения появились печатающие устройства для вывода телетайпа, телетайпы для ввода, магнитные накопители для хранения информации (магнитные ленты). Диалог человека с машиной стал более естественным благодаря появлению языков программирования высокого уровня.
Революционная роль транзистора - в его малых размерах. Однако габариты ЭВМ на транзисторах всё же оставались очень большими для их широкого применения.

ЭВМ третьего поколения появились в 70-х годах. Их основу составляли большие интегральные схемы (БИС), содержавшие на одной полупроводниковой пластинке сотни или тысячи транзисторов; затем появились сверхбольшие схемы - СБИС. Благодаря этому уменьшились размеры, потребление электроэнергии и стоимость компьютеров. Происходят существенные изменения в архитектуре ЭВМ: появилась возможность выполнять одновременно несколько программ на одной машине. Такой режим работы называется мультипрограммным (многопрограммным) режимом.

В составе ЭВМ третьего поколения были включены удобные устройства ввода-вывода, дисплей на основе электронно-лучевых трубок, накопители информации на магнитных лентах и дисках, графопостроители, т.д. К работе с этими ЭВМ стали подключаться широкий круг специалистов, машины появились в институтах и университетах. Начали создаваться операционные системы, базы данных, языки системы «искусственного интеллекта», стали внедряться системы автоматизированного проектирования.

На рубеже 80-х годов были созданы и выпущены в массовое производство ЭВМ четвертого поколения. Элементарной базой этих ЭВМ стали микропроцессоры - сверхбольшие интегральные микросхемы, которые способны выполнять функции основного блока компьютера - процессора. Их можно сравнить с миниатюрным мозгом, работающего по программе заложенной в его памяти. Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода, внешней памяти, получили новый тип компьютера - микро-ЭВМ, габариты которых позволяют устанавливать их на любом рабочем месте. В составе этих ЭВМ включаются удобные средства накопления информации (магнитные и оптические), ввода и вывода информации: компактные печатающие устройства, мышь, джойстик, удобная клавиатура, цветные графические мониторы, т.д.

Наиболее яркими представителями ЭВМ четвертого поколения служат персональные компьютеры. Сущность персонального ПК можно сформулировать так:

ПК - микро ЭВМ с «дружественным» к пользователю аппаратным и программным обеспечением. Десятки миллионов персональных ЭВМ, установленных в службах сервиса и управления, на производстве и в образовании, требуют овладения компьютерной грамотности от всего населения.

Появление и распространение ПК по своему значению для общественного развития сопоставимо с появлением книгопечатания. Именно ПК сделали компьютерную грамотность массовым явлением.

ЭВМ пятого поколения - это машина недалекого будущего. Основное их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень. Машины пятого поколения - это реализованный искусственный интеллект. В них будет возможным ввод с голоса, голосовое общение, машинное «зрение», машинное «осязание». Многое уже практически сделано в этом направлении. История вычислительной техники уникальна, прежде всего, фантастическими темпами развития аппаратных и программных средств.

Домашнее задание:

1. Первая ЭВМ. Где? Кем? Когда?

2. Первая ЭВМ В России? Кем? Когда?

3. Поколений ЭВМ описать.

4. Заполнить таблицу с поколениями ЭВМ.

1.2 Информационная деятельность человека

По мере развития общества постоянно расширялся круг людей, чья профессиональная деятельность была связана с обработкой и накоплением информации. Постоянно рос и объем человеческих знаний, опыта, а вместе с ним количество книг, рукописей и других письменных документов. Появилась необходимость создания специальных хранилищ этих документов -- библиотек, архивов. Информацию, содержащуюся в книгах и других документах, необходимо было не просто хранить, а упорядочивать, систематизировать.

Резкий рост объемов информации, циркулирующей во всех сферах человеческой деятельности (так называемый информационный бум), привел к информатизации общества.

Привести примеры применения компьютеров в любых сферах человеческой деятельности.

Информационная деятельность - это деятельность человека, связанная с процессами получения, преобразования, накопления и передачи информации.

Программы по их юридическому статусу можно разделить на три большие группы: лицензионные, условно бесплатные (shareware) и свободно распространяемые программы (freeware).

Переход от индустриального общества к информационному характеризует перераспределение трудовых ресурсов в сферу обслуживания и информационную сферу.

Примеры применения компьютеров в различных сферах: АСУ, роботы, связь, САПР, строительство, банки, наука, история, торговля, образование (БД, дистанционное обучение), медицина, правоохранительные органы, сельское хозяйство, армия, искусство, социальная сфера, быт.

Правовые нормы, относящиеся к информации.

Правонарушения в информационной сфере.

В связи с возрастающим значением информационных ресурсов предприняты ряд правовых мер для их охраны и защиты.

Многие черты информационного общества уже присутствуют в современной жизни развитых стран. Жизненно важной для общества становится проблема информационной безопасности действующих систем хранения, передачи и обработки информации.

Компьютеры контролируют работу атомных реакторов, распределяют электроэнергию, управляют самолётами и космическими кораблями, определяют надёжность систем обороны страны и банковских систем, т.е. используются в областях общественной жизни, обеспечивающих благополучие и даже жизнь множества людей.

О важности проблемы информационной безопасности свидетельствуют многочисленные факты. Более 80% компьютерных преступлений осуществляется через глобальную сеть Интернет, которая обеспечивает широкие возможности злоумышленникам для нарушений в глобальном масштабе.

Перечислим некоторые виды компьютерных преступлений, когда компьютер является инструментом для совершения преступления, а объектом преступления является информация:

1. Несанкционированный (неправомерный) доступ к информации. Лицо получает доступ к секретной информации, например, путём подбора шифра (пароля).

2. Нарушение работоспособности компьютерной системы. В результате преднамеренных действий ресурсы вычислительной системы становятся недоступными, или снижается её работоспособностью. Примером такого рода преступлений является создание и распространение компьютерных вирусов.

3. Подделка (искажение или изменение), т.е. нарушение целостности компьютерной информации. Эта деятельность является разновидностью неправомерного доступа к информации. К подобного рода действиям можно отнести подтасовку результатов голосования на выборах, референдумах и т.д. путем внесения изменений в итоговые протоколы.

Меры обеспечения информационной безопасности

* Организационные

Повышение квалификации персонала, контролируемые каналы распространения информации, разделение прав доступа, уничтожение ненужных копий документов, соблюдение коммерческой тайны персоналом.

* Юридические

В России действуют Закон «О правовой охране программ для ЭВМ и баз данных» и Закон «Об авторском праве и смежных правах».

Уголовный Кодекс содержит статьи:

- Ст. 272 «О неправомерном доступе к компьютерной информации»

- Ст. 273 «Создание, использование и распространение вредоносных программ для ЭВМ»

- Ст. 274 «Нарушение правил эксплуатации ЭВМ, систем ЭВМ или сети ЭВМ»

* Программно-технические.

- Защита от компьютерных вирусов

- Шифрование данных

- Резервное копирование данных

- Ограничение доступа к устройствам и файловой системе

- Контроль трафика с помощью межсетевых экранов (брандмауэров).

Лицензионные программы. В соответствии с лицензионным соглашением разработчики программы гарантируют её нормальное функционирование в определенной операционной системе и несут за это ответственность.

Лицензионные программы разработчики обычно продают в коробочных дистрибутивов. В коробочке находятся CD-диски, с которых производится установка программы на компьютеры пользователей, и руководство пользователей по работе с программой.

Довольно часто разработчики предоставляют существенные скидки при покупке лицензий на использовании программы на большом количестве компьютеров или учебных заведениях.

Условно бесплатные программы. Некоторые фирмы разработчики программного обеспечения предлагают пользователям условно бесплатные программы в целях рекламы и продвижения на рынок. Пользователю предоставляется версия программы с определённым сроком действия (после истечения указанного срока действия программы прекращает работать, если за неё не была произведена оплата) или версия программы с ограниченными функциональными возможностями (в случае оплаты пользователю сообщается код, включающий все функции программы).

Свободно распространяемые программы. Многие производители программного обеспечения и компьютерного оборудования заинтересованы в широком бесплатном распространении программного обеспечения. К таким программным средствам можно отнести:

· Новые недоработанные (бета) версии программных продуктов (это позволяет провести их широкое тестирование).

· Программные продукты, являющиеся частью принципиально новых технологий (это позволяет завоевать рынок).

· Дополнения к ранее выпущенным программам, исправляющие найденные ошибки или расширяющие возможности.

· Драйверы к новым или улучшенные драйверы к уже существующим устройствам.

Но какое бы программное обеспечение вы не выбрали, существуют общие требования ко всем группам программного обеспечения:

· Лицензионная чистота (применение программного обеспечения допустимо только в рамках лицензионного соглашения).

· Возможность консультации и других форм сопровождения.

· Соответствие характеристикам, комплектации, классу и типу компьютеров, а также архитектуре применяемой вычислительной техники.

· Надежность и работоспособность в любом из предусмотренных режимов работы, как минимум, в русскоязычной среде.

· Наличие интерфейса, поддерживающего работу с использованием русского языка. Для системного и инструментального программного обеспечения допустимо наличие интерфейса на английском языке.

· Наличие документации, необходимой для практического применения и освоения программного обеспечения, на русском языке.

· Возможность использования шрифтов, поддерживающих работу с кириллицей.

· Наличие спецификации, оговаривающей все требования к аппаратным и программным средствам, необходимым для функционирования данного программного обеспечения.

Домашнее задание:

1. Перечислите виды профессиональной информационной деятельности человека.

2. Информационная деятельность.

Раздел 2. Информация и информационные процессы

2.1 Подходы к понятию и измерению информации

2.1.1 Понятие информации и свойства информации

Информация -- сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые воспринимают информационные системы (живые организмы, управляющие машины и др.) в процессе жизнедеятельности и работы.

Как следует из определения, с информацией всегда связывают три понятия:

· источник информации - тот элемент окружающего мира, сведения о котором являются объектом преобразования;

· потребитель информации - тот элемент окружающего мира, который использует информацию;

· сигнал - материальный носитель, который фиксирует информацию для переноса ее от источника к потребителю.

Так, источником информации, которую в данный момент получает читатель настоящего учебного пособия, является информатика как сфера человеческой деятельности; потребителем - сам читатель, а сигналом - бумага с текстом (в этом случае говорят, что информация имеет бумажный носитель). Будучи прочитанной и запомненной студентом, данная информация приобретет еще один носитель - биологический, когда она "записывается" в память обучаемого. Очевидно, что источник и потребитель в этом случае не меняются.

Свойства информации:

Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел. Недостоверная информация может привести к неправильному пониманию или принятию неправильных решений. Достоверная информация со временем может стать недостоверной, так как она обладает свойством устаревать, т. е. перестает отражать истинное положение дел.

Информация полна, если ее достаточно для понимания и принятия решений. Как неполная, так и избыточная информация сдерживает принятие решений или может повлечь ошибки.

Точность информации определяется степенью ее близости к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т. п.

Ценность информации зависит от того, насколько она важна для решения задачи, а также от того, насколько в дальнейшем она найдет применение в каких-либо видах деятельности человека.

Только своевременно полученная информация может принести ожидаемую пользу. Одинаково нежелательны как преждевременная подача информации (когда она еще не может быть усвоена), так и ее задержка.

Если ценная и своевременная информация выражена непонятным образом, она может стать бесполезной. Информация становится понятной, если она выражена языком, на котором говорят те, кому предназначена эта информация.

Информация должна преподноситься в доступной (по уровню восприятия) форме. Поэтому одни и те же вопросы по-разному излагаются в школьных учебниках и научных изданиях.

Информацию по одному и тому же вопросу можно изложить кратко (сжато, без несущественных деталей) или пространно (подробно, многословно). Краткость информации необходима в справочниках, энциклопедиях, всевозможных инструкциях.

Информационная система (ИС) в целом - автоматизированная система, предназначенная для организации, хранения, пополнения, поддержки и представления пользователям информации в соответствии с их запросами.

Информационная система (ИС) - это организационно-упорядоченная взаимосвязанная совокупность средств, и методов ИТ, а также используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели. Такое понимание информационной системы предполагает использование в качестве основного технического средства переработки информации ЭВМ и средств связи, реализующих информационные процессы и выдачу информации, необходимой в процессе принятия решений задач из любой области.

Информационные технологии (ИТ) -- это процессы, использующие совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта). Информационная технология является процессом, состоящим из четко регламентированных правил выполнения операций, действий, этапов разной степени сложности над данными, хранящимися в компьютерах.

В информатике используются различные подходы к измерению информации:

Содержательный подход к измерению информации. Сообщение - информативный поток, который в процессе передачи информации поступает к приемнику. Сообщение несет информацию для человека, если содержащиеся в нем сведения являются для него новыми и понятными Информация - знания человека ? сообщение должно быть информативно. Если сообщение не информативно, то количество информации с точки зрения человека = 0. (Пример: вузовский учебник по высшей математике содержит знания, но они не доступны 1-класснику)

Алфавитный подход к измерению информации не связывает кол-во информации с содержанием сообщения. Алфавитный подход - объективный подход к измерению информации. Он удобен при использовании технических средств работы с информацией, т.к. не зависит от содержания сообщения. Кол-во информации зависит от объема текста и мощности алфавита. Ограничений на max мощность алфавита нет, но есть достаточный алфавит мощностью 256 символов. Этот алфавит используется для представления текстов в компьютере. Поскольку 256=2⁸, то 1символ несет в тексте 8 бит информации.

Вероятностный подход к измерению информации. Все события происходят с различной вероятностью, но зависимость между вероятностью событий и количеством информации, полученной при совершении того или иного события можно выразить формулой которую в 1948 году предложил Шеннон.

Единицы измерения количества информации. Для количественного выражения любой величины необходимо определить единицу измерения. Так, для измерения длины в качестве единицы выбран метр, для измерения массы - килограмм и так далее. Аналогично, для определения количества информации необходимо ввести единицу измерения.

За единицу количества информации принимается такое количество информации, которое содержит сообщение, уменьшающее неопределенность в два раза. Такая единица названа «бит».

Если вернуться к опыту с бросанием монеты, то здесь неопределенность как раз уменьшается в два раза и, следовательно, полученное количество информации равно 1 биту.

Минимальной единицей измерения количества информации является бит, а следующей по величине единицей является байт, причем

1 байт = 2³ бит = 8 бит

В информатике система образования кратных единиц измерения количества информации несколько отличается от принятых в большинстве наук. Традиционные метрические системы единиц, например Международная система единиц СИ, в качестве множителей кратных единиц используют коэффициент 10ⁿ, где n=3, 6, 9 и так далее, что соответствует десятичным приставкам Кило (10³), Мега (10⁶), Гига (10⁹) и так далее.

Компьютер оперирует числами не в десятичной, а в двоичной системе счисления, поэтому в кратных единицах измерения количества информации используется коэффициент 2ⁿ.

Так, кратные байту единицы измерения количества информации вводятся следующим образом:

1 Кбайт = 2¹⁰ байт = 1024 байт;

1 Мбайт = 2¹⁰ Кбайт = 1024 Кбайт;

1 Гбайт = 2¹⁰ Мбайт = 1024 Мбайт.

Количество возможных событий и количество информации. Существует формула, которая связывает между собой количество возможных событий N и количество информации I:

N=2^I

По этой формуле можно легко определить количество возможных событий, если известно количество информации. Например если мы получили 4 бита информации, то количество возможных событий составляло:

N = 2⁴ = 16.

Наоборот, для определения количества информации, если известно количество событий, необходимо решить показательное уравнение относительно I. Например, в игре «Крестики-нолики» на поле 8х8 перед первым ходом существует 64 возможных события (64 различных варианта расположения «крестика»), тогда уравнение принимает вид:

64 = 2^I.

Так как 64 = 2⁶, то получим:

2⁶ = 2^I.

Таким образом, I = 6 битов, то есть количество информации, полученное вторым игроком после первого хода первого игрока, составляет 6 битов.

Количество информации - это мера уменьшения неопределенности.

1 БИТ - такое кол-во информации, которое содержит сообщение, уменьшающее неопределенность знаний в два раза. БИТ- это наименьшая единица измерения информации

Единицы измерения информации: 1байт = 8 бит

1Кб (килобайт) = 2¹⁰ байт = 1024 байт

1Мб (мегабайт) = 2¹⁰ Кб = 1024 Кб

1Гб (гигабайт) = 2¹⁰ Мб = 1024 Мб

Информационный объект -- это описание некоторой сущности (реального объекта, явления, процесса, события) в виде совокупности логически связанных реквизитов (информационных элементов). Такими сущностями для информационных объектов могут служить: цех, склад, материал, вуз, студент, сдача экзаменов и т.д.

Алфавитный подход к определению количества информации

При определении количества информации на основе уменьшения неопределенности наших знаний мы рассматриваем информацию с точки зрения содержания, ее понятности и новизны для человека. С этой точки зрения в опыте по бросанию монеты одинаковое количество информации содержится и в зрительном образе упавшей монеты, и в коротком сообщении «Орел», и в длинной фразе «Монета упала на поверхность земли той стороной вверх, на которой изображен орел».

Однако при хранении и передаче информации с помощью технических устройств целесообразно отвлечься от содержания информации и рассматривать ее как последовательность знаков (букв, цифр, кодов цветов точек изображения и так далее).

Набор символов знаковой системы (алфавит) можно рассматривать как различные возможные состояния (события). Тогда, если считать, что появление символов в сообщении равновероятно, по формуле (2.1) можно рассчитать, какое количество информации несет каждый символ.

Так, в русском алфавите, если не использовать букву ё, количество событий (букв) будет равно 32. Тогда:

32 = 2^I,

откуда I = 5 битов.

Каждый символ несет 5 битов информации (его информационная емкость равна 5 битов). Количество информации в сообщении можно подсчитать, умножив количество информации, которое несет один символ, на количество символов.

Количество информации, которое содержит сообщение, закодированное с помощью знаковой системы, равно количеству информации, которое несет один знак, умноженному на количество знаков.

Домашнее задание:

1. Информационная деятельность.

2. Выучить определение информации.

3. Свойства информации.

4. Информационная система.

5. Информационные технологии.

6. Единицы измерения информации.

Сколько информации с слове «Информационное общество».

2.1.2 Форма представления информации. Системы счисления

Информацию можно классифицировать разными способами, и разные науки делают это по-разному. Каждая наука, занимающаяся вопросами, связанными с информацией, вводит свою систему классификации.

В информатике отдельно рассматривают аналоговую информацию и цифровую. Это важно, поскольку человек благодаря своим органам чувств привык иметь дело с аналоговой информацией, а вычислительная техника, наоборот, в основном работает с цифровой информацией.

Человек так устроен, что воспринимает информацию с помощью органов чувств.

Информация подразделяется по форме представления на 2 вида:

- дискретная форма представления информации - это последовательность символов, характеризующая прерывистую, изменяющуюся величину (количество дорожно-транспортных происшествий, количество тяжких преступлений и т.п.);

- аналоговая или непрерывная форма представления информации - это величина, характеризующая процесс, не имеющий перерывов или промежутков (температура тела человека, скорость автомобиля на определенном участке пути и т.п.).

Таким образом, классификацию видов информатики можно представить в виде следующей схемы:

По способам кодирования выделяют следующие типы информации:

- символьную, основанную на использовании символов - букв, цифр, знаков и т. д. Она является наиболее простой, но практически применяется только для передачи несложных сигналов о различных событиях. Примером может служить зеленый свет уличного светофора, который сообщает о возможности начала движения пешеходам или водителям автотранспорта.

- текстовую, основанную на использовании комбинаций символов. Здесь так же, как и в предыдущей форме, используются символы: буквы, цифры, математические знаки. Однако информация заложена не только в этих символах, но и в их сочетании, порядке следования. Так, слова КОТ и ТОК имеют одинаковые буквы, но содержат различную информацию. Благодаря взаимосвязи символов и отображению речи человека текстовая информация чрезвычайно удобна и широко используется в деятельности человека: книги, брошюры, журналы, различного рода документы, аудиозаписи кодируются в текстовой форме.

- графическую, основанную на использовании произвольного сочетания в пространстве графических примитивов. К этой форме относятся фотографии, схемы, чертежи, рисунки, играющие большое значение в деятельности человек.

Представление информации происходит в различных формах в процессе восприятия окружающей среды живыми организмами и человеком, в процессах обмена информацией между человеком и человеком, человеком и компьютером, компьютером и компьютером и так далее. Преобразование информации из одной формы представления (знаковой системы) в другую называется кодированием.

В процессе обмена информацией часто приходится производить операции кодирования и декодирования информации. При вводе знака алфавита в компьютер путем нажатия соответствующей клавиши на клавиатуре происходит кодирование знака, то есть преобразование компьютерный код. При выводе знака на экран монитора или принтер происходит обратный процесс - декодирование, когда из компьютерного кода знак преобразуется в его графическое изображение.

Код -- набор символов (условных обозначений) дли представления информации. Кодирование-- процесс представления информации в виде кода.

Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация (звуки, изображения, показания приборов и т. д.) для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму. Например, чтобы перевести в числовую форму музыкальный звук, можно через небольшие промежутки времени измерять интенсивность звука на определенных частотах, представляя результаты каждого измерения в числовой форме. С помощью компьютерных программ можно преобразовывать полученную информацию, например «наложить» друг на друга звуки от разных источников.

Аналогично на компьютере можно обрабатывать текстовую информацию. При вводе в компьютер каждая буква кодируется определенным числом, а при выводе на внешние устройства (экран или печать) для восприятия человеком по этим числам строятся изображения букв. Соответствие между набором букв и числами называется кодировкой символов.

Для записи информации о количестве объектов используются числа. Числа записываются с помощью набора специальных символов.

Система счисления - способ записи чисел с помощью набора специальных знаков, называемых цифрами.

Система счисления -- совокупность приёмов и правил изображения чисел цифровыми знаками. Системы счисления делятся на непозиционные и позиционные.

Системы счисления подразделяются на позиционные и непозиционные.

Непозиционная система счисления -- система, в которой, значение символа не зависит от его положения в числе. Непозиционные системы счисления возникли раньше позиционных систем. Они использовались в древности римлянами, египтянами, славя-нами и другими народами. Примером непозиционной системы счисления, дошедшей до наших дней, служит римская система счисления.

Цифры в римской системе обозначаются различными знаками: 1--I; 3--III; 5--V; 10--X; 50--L; 100--C; 500--D; 1000--M. Для записи промежуточных значений существует правило: каждый меньший знак, поставленный справа от большего, прибавляется к его значению, а слева -- вычитается из него. Так, IV обозначает 4, VI--6, LX-- 60, XC--90 и т.д. Основной недостаток непозиционных систем -- большое число различных знаков и сложность выполнения арифметических операций.

Позиционная система счисления -- система, в которой значение символа зависит от его места в ряду цифр, изображающих число. Например, в числе 7382 первая цифра слева означает количество тысяч, вторая -- количество сотен, третья -- количество десятков и четвёртая количество единиц. Позиционные системы счисления (ПСС) более удобны для вычислительных операций, поэтому они получили более широкое распространение. Позиционная система счисления характеризуется основанием.

Основание (базис) ПСС - количество знаков или символов, используемых в разрядах для изображения числа в данной системе счисления. Для ПСС с общим основанием справедливо равенство

В позиционных системах счисления величина, обозначаемая цифрой в записи числа, зависит от её положения в числе (позиции). Как правило, все числа в компьютере представляются с помощью нулей и единиц (а не десяти цифр, как это привычно для людей). Иными словами, компьютеры обычно работают в двоичной системе счисления, поскольку при этом устройства для их обработки получаются значительно более простыми.

В двоичной системе счисления используются 2 цифры: 0 и 1. Именно поэтому двоичная система счисления лежит в основе работы компьютера, т.к. в компьютере существуют два устойчивых состояния: низкое или высокое напряжение, есть ток или нет тока, намагничено или не намагничено.

Одному состоянию соответствует значение равное 1, другому - 0.

Перевести данное число из десятичной системы счисления в двоичную 1. способ:

Остаток

46:2=23 0

23:2=11 1

11:2=5 1

5:2=2 1

2:2=1 0

1:2=0 1

Запишем остатки, начиная с последнего - 101110, т.е. 46₁₀=101110₂

2. способ:

Построим таблицу:

0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	2	4	8	16	32	64	128	256	512

46₁₀=32+8+4+2=2⁵+2³+2²+2⁰=101101₂

Обратное преобразование:

10000000100₍₂₎=1Ч2¹⁰+1Ч 2² = 1024+4=1028₍₁₀₎

111000010₍₂₎=1Ч2⁸+ 1Ч2⁷+ 1Ч2⁶+ 1Ч2¹ = 256+128+64+2 = 450₍₁₀₎

10111000110₍₂₎=1Ч2¹⁰+ 1Ч2⁸+ 1Ч2⁷+ 1Ч2⁶+ 1Ч2²+ 1Ч2¹ = 1024+256+128+64+4+2 = 1478₍₁₀₎

Задания:

Переведите числа из десятичной системы счисления в двоичную:

1) 513 2) 600 3) 602 4) 1000 5) 2304 6) 5001 7) 7000

Ответы:

1) 1000000001 2) 1001011000 3) 1001011010 4) 1111101000
5) 100100000000 6) 1001110001001 7) 1101101011000

2.2 Основные информационные процессы и их реализация с помощью ПК

2.2.1 Информационные процессы

Общность информационных процессов в живой природе, технике, обществе Получение и преобразование информации является необходимым условием жизнедеятельности любого организма. Даже простейшие одноклеточные организмы постоянно воспринимают и используют информацию, например, о температуре и химическом составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования. Живые существа способны не только воспринимать информацию из окружающей среды с помощью органов чувств, но и обмениваться ею между собой. Человек также воспринимает информацию с помощью органов чувств, а для обмена информацией между людьми используются языки. За время развития человеческого общества таких языков возникло очень много.

Информационные процессы (сбор, обработка и передача информации) всегда играли важную роль в науке, технике и жизни общества. В ходе эволюции человечества просматривается устойчивая тенденция к автоматизации этих процессов, хотя их внутреннее содержание по существу осталось неизменным.

Сбор информации -- это деятельность субъекта, в ходе которой он получает сведения об интересующем его объекте.

Сбор информации может производиться или человеком, или с помощью технических средств и систем -- аппаратно. Например, пользователь может получить информацию о движении поездов или самолетов сам, изучив расписание, или же от другого человека непосредственно, либо через какие-то документы, составленные этим человеком, или с помощью технических средств (автоматической справки, телефона и т. д.). Задача сбора информации не может быть решена в отрыве от других задач, -- в частности, задачи обмена информацией (передачи).

Обмен информацией -- это процесс, в ходе которого источник информации ее передает, а получатель -- принимает.

Если в передаваемых сообщениях обнаружены ошибки, то организуется повторная передача этой информации. В результате обмена информацией между источником и получателем устанавливается своеобразный «информационный баланс», при котором в идеальном случае получатель будет располагать той же информацией, что и источник.

Обмен информации производится с помощью сигналов, являющихся ее материальным носителем. Источниками информации могут быть любые объекты реального мира, обладающие определенными свойствами и способностями. Если объект относится к неживой природе, то он вырабатывает сигналы, непосредственно отражающие его свойства. Если объектом-источником является человек, то вырабатываемые им сигналы могут не только непосредственно отражать его свойства, но и соответствовать тем знакам, которые человек вырабатывает с целью обмена информацией.

Принятую информацию получатель может использовать неоднократно. С этой целью он должен зафиксировать ее на материальном носителе (магнитном, фото, кино и др.).

Накопление информации -- это процесс формирования исходного, несистематизированного массива информации.

Среди записанных сигналов могут быть такие, которые отражают ценную или часто используемую информацию. Часть информации в данный момент времени особой ценности может не представлять, хотя, возможно, потребуется в дальнейшем.

Хранение информации -- это процесс поддержания исходной информации в виде, обеспечивающем выдачу данных по запросам конечных пользователей в установленные сроки.

Обработка информации -- это упорядоченный процесс ее преобразования в соответствии с алгоритмом решения задачи.

После решения задачи обработки информации результат должен быть выдан конечным пользователям в требуемом виде. Эта операция реализуется в ходе решения задачи выдачи информации. Выдача информации, как правило, производится с помощью внешних устройств ЭВМ в виде текстов, таблиц, графиков и пр.

Информационная техника представляет собой материальную основу информационной технологии, с помощью которой осуществляется сбор, хранение, передача и обработка информации.

Компьютер - программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи по обработке информации и управлению. Компьютер должен воспринимать и распознавать вводимую информацию, запоминать ее, совершать над ней различные действия и выводить результаты своей работы, то есть выполнять основные этапы обработки информации: ввод, хранение, преобразование, вывод.

Домашнее задание:

1. Сбор информации.

2. Обмен информацией.

3. Накопление информации.

4. Обработка информации.

5. Хранение информации.

2.2.2 Алгоритм. Виды алгоритма

Алгоритм - это точное и понятное предписание (указание) исполнителю совершить определенную последовательность действий, направленных на достижение указанной цели или решение поставленной задачи.

Каждый алгоритм должен обладать следующими свойствами:

· Дискретность -- алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение некоторых простых шагов. При этом для выполнения каждого шага алгоритма требуется конечный отрезок времени, то есть преобразование исходных данных в результат осуществляется во времени дискретно.

· Детерминированность (определённость). В каждый момент времени следующий шаг работы однозначно определяется состоянием системы. Таким образом, алгоритм выдаёт один и тот же результат (ответ) для одних и тех же исходных данных.

· Понятность -- алгоритм для исполнителя должен включать только те команды, которые ему (исполнителю) доступны, которые входят в его систему команд.

· Завершаемость (конечность) -- при корректно заданных исходных данных алгоритм должен завершать работу и выдавать результат за конечное число шагов

· Массовость (универсальность). Алгоритм должен быть применим к разным наборам исходных данных.

· Результативность -- завершение алгоритма определёнными результатами.

Алгоритмы можно записывать не только при помощи слов. В настоящее время различают несколько способов описания алгоритмов: