Введение
Базовым понятием информатики является информация. Любая
деятельность человека представляет собой процесс сбора и переработки
информации, принятия на ее основе решений и их выполнения. С появлением
современных средств вычислительной техники информация стала выступать в
качестве одного из важнейших ресурсов научно-технического прогресса.
Актуальность нашей работы заключается в рассмотрении значения
информации в человеческом обществе, ее отличительных черт и влияния на
эволюционные процессы.
Цель работы состоит в изучении основных особенностей
информации.
Достижение цели предполагает решение ряда задач:
) дать определение информации и ее свойствам;
) рассмотреть классификацию информации;
) изучить единицы измерения информации.
Общение, коммуникации, обмен информацией присущи всем живым
существам, но в особой степени – человеку. Будучи аккумулированной и обработанной
с определенных позиций, информация дает новые сведения, приводит к новому
знанию. Получение информации из окружающего мира, ее анализ и генерирование
составляют одну из основных функций человека, отличающую его от остального
живого мира.
Классификация информации
. 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.).
. По области возникновения выделяют информацию:
― элементарную
(механическую), которая отражает процессы, явления неодушевленной природы;
― биологическую, которая
отражает процессы животного и растительного мира;
― социальную, которая
отражает процессы человеческого общества.
. По способу передачи и восприятия различают следующие виды
информации:
― визуальную, передаваемую
видимыми образами и символами;
― аудиальную, передаваемую
звуками;
― тактильную, передаваемую
ощущениями;
― органолептическую,
передаваемую запахами и вкусами;
― машинную, выдаваемую и
воспринимаемую средствами вычислительной техники [4; с. 52].
. Информацию, создаваемую и используемую человеком, по
общественному назначению можно разбить на три вида:
― личную, предназначенную
для конкретного человека;
― массовую,
предназначенную для любого желающего ее пользоваться (общественно-политическая,
научно-популярная и т.д.);
― специальную,
предназначенную для использования узким кругом лиц, занимающихся решением
сложных специальных задач в области науки, техники, экономики.
. По способам кодирования выделяют следующие типы информации:
― 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 [4; с. 53].
Свойства информации можно рассматривать в трех аспектах:
техническом ― это точность, надежность, скорость
передачи сигналов и т.д.; семантическом ― это передача смысла
текста с помощью кодов и прагматическом ― это насколько эффективно
информация влияет на поведение объекта.
Единицы, производные от бита
С точки зрения компьютерного устройства, байт примечателен тем, что это минимальная адресуемая информация в компьютере, иными словами, невозможно прочитать часть байта из памяти. В современных компьютерах все устройства памяти имеют байтовую структуру, и внешние устройства также обмениваются информационными байтами или кратными ей. В результате все типы данных (числа, символы и т. д.) представлены в компьютере кратными байту.
Запись. Даже логические переменные, для каждой из которых, казалось бы, достаточно 1 бита, обычно занимают полный байт в ОЗУ, или иногда ради единообразия даже несколько байтов, например LongBool в Pascal.
Чтобы получить шкалу для измерения объемов информации в широком диапазоне от байтов с использованием стандартных префиксов. Формируется целая система больших производных единиц:
- 1 килобайт = 1024 байта
- 1 мегабайт = 1024 килобайта
- 1 гигабайт = 1024 мегабайта
В отличие от общепринятой системы производных единиц, широко используемой, например, в физике, при преобразовании используется коэффициент 1024, а не 1000. Причиной является двоичный характер представления информации в компьютере: 1024 = 210, и поэтому он лучше подходит для измерения двоичной информации.
Научившись измерять объем информации, вы сможете узнать, как быстро она передается. Значение, которое равно количеству информации, передаваемой за единицу времени, обычно называется скоростью передачи информации. Очевидно, что если объем информации I передается по каналу связи за время t, то скорость передачи рассчитывается как отношение I/t.
Скорость передачи данных не может быть произвольно большой, его максимальное предельное значение имеет специальное название – пропускная способность канала связи. Эта характеристика определяется канальным устройством и, что не так очевидно, методом передачи сигнала через него.
К. Шеннон в созданной им теории информации доказал, что всегда можно добиться передачи пропускной способности линии, и путь к этому заключается в повышении эффективности кодирования. Более того, даже если в канале присутствует шум любого уровня, вы всегда можете закодировать сообщение таким образом, чтобы не было потери информации.
Оба значения – скорость передачи и пропускная способность – по определению измеряются в одних и тех же единицах, которые представляют собой соотношение информационных единиц и времени.
Лекция по дисциплине "информатика" на тему "подходы к измерению информации. информационные объекты различных видов"
ЛЕКЦИЯ 5. ПОДХОДЫ К ИЗМЕРЕНИЮ
ИНФОРМАЦИИ. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ОБЪЕКТЫ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ. ДИСКРЕТНОЕ (ЦИФРОВОЕ)
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ТЕКСТОВОЙ, ГРАФИЧЕСКОЙ, ЗВУКОВОЙ И ВИДЕОИНФОРМАЦИИ
Рассматриваемые
вопросы:
1. Подходы к измерению информации.
2. Информационные объекты различных видов.
3.
Дискретное (цифровое) представление информации.
4.
Представление информации в двоичной системе счисления.
1. ПОДХОДЫ
К ИЗМЕРЕНИЮ ИНФОРМАЦИИ
Информация, которую обрабатывает компьютер,
представлена двоичным кодом с помощью двух цифр – 0 и 1. Эти два символа 0 и 1
принято называть битами (от английского binarydigit–
двоичный знак).
Бит
– наименьшая единица измерения объема информации. Следующая по величине единица
– байт. Остальные единица измерения информации являются производными от
байта – килобайт, мегабайт, гигабайт, терабайт. Ниже в таблице 1 представлены
единицы измерения информации и соотношение между ними.
Таблица
1
Единицы
измерения информации
Название | Условное обозначение | Соотношение |
Байт | Байт | 1 |
Килобайт | Кбайт | 1 |
Мегабайт | Мбайт | 1 |
Гигабайт | Гбайт | 1 |
Терабайт | Тбайт | 1 |
В информатике используются следующие подходы к
измерению информации: содержательный и алфавитный.
1. Содержательный
подход к измерению информации – сообщение, уменьшающие неопределенность
знаний человека в два раза, несет для него 1 бит информации. Количество
информации, заключенное в сообщении, определяется по формуле Ральфа Хартли
(формула Хартли), которую он ввел в 1928 г: 
,
где I–
количество информации (бит), заключенное в сообщении, а N–
количество равновероятных событий (количество вариантов). Из данной формулы
также следует формула: 
.
2. Алфавитный
(технический) подход к измерению информации – основан на
подсчете числа символов в сообщении. Если допустить, что все символы в
сообщении вычисляются по формуле: 
,
где Ic–
информационный объем сообщения, N – количество символов (мощность
алфавита: 
), i
– информационный объем 1 символа.
Далее рассмотрим примеры
решения задач.
Пример 1.
Переведите в биты 12 байт.
Решение: так
как 1 байт = 8 битам, то 12 байт = 12∙8 = 96 бит.
Ответ: 96
бит.
Пример 2.
Переведите в байты 72 бит.
Решение:
так как 1 байт = 8 битам, то 72 бит = 72:8 = 9 байт.
Ответ:
9 байт.
Пример 3. Определите
информационный объем сообщения «Информатика».
Решение: в
слове «Информатика» 11 символов, по формуле 
,
где i–
информационный объем 1 символа, который равен 1 байту (1 символ = 1 байту), а N–
количество символов, то получаем, что Iс
= 11∙1 = 11 байт = 11∙8 = 88 бит.
Ответ:
88 бит.
Пример 4.
Какова мощность алфавита, если слово длиной 10 символов несет 30 бит
информации.
Решение:
мощность алфавита вычисляется по формуле 
,
где i–
информационный объем 1 символа. Так как в слове 10 символов, а количество
информации равно 30 битам, то 1 символ = 
=
3 бит, тогда мощность алфавита равна 
символам.
Ответ:
8 символов.
Пример 5.
Объем сообщения – 7,5 Кбайт. Известно, что данное сообщение содержит 7680
символов. Какова мощность алфавита?
Решение:
воспользуемся формулой 
,i
– информационный объем одного символа,i
= 
= 1 байт = 8 бит. Тогда мощность
алфавита равна 
символам.
Ответ:
256 символов.
2.
ИНФОРМАЦИННЫЕ ОБЪЕКТЫ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ
Информационный объект
– обобщающее понятие, описывающее различные виды объектов; это предметы,
процессы, явления материального или нематериального свойства, рассматриваемые с
точки зрения их информационных свойств.
Информационные объекты
могут быть простыми и комплексными. К простым информационным
объектам относятся: звук, изображение, текст, число. Комплексные (структурированные)
информационные объекты – элемент, база данных, таблица, гипертекст, гипермедиа.
Стремление зафиксировать,
сохранить надолго свое восприятие информации было всегда свойственно человеку и
обществу в целом. Мозг человека хранит множество информации, и использует для
хранения ее свойств способы, основа которых – двоичный код, как и у
компьютеров. Двоичный код – это способ представления данных в виде кода,
в котором каждый разряд принимает одно из двух возможных значений 0 или 1.
Человек всегда стремился
иметь возможность поделиться своей информацией с другими людьми и найти
надежные средства для ее передачи и долговременного хранения. Для этого в
настоящее время изобретено множество способов хранения информации на внешних
носителях и ее передачи на огромные расстояния.
Существую основные виды
информации по способам ее кодирования и хранения:
1) графическая
информация – первый вид, для которого был реализован способ
хранения информации об окружающем мире в виде наскальных рисунков, а позднее в
виде картин, фотографий, схем, чертежей и т.п.;
2) звуковая
информация – мир вокруг нас полон звуков, и задача их хранения и
тиражирования была решена с изобретением звукозаписывающих устройств в 1877 г. Разновидностью
звуковой информации является музыкальная информация – для этого вида был
изобретен способ кодирования с использованием специальных символов, что делает
возможным хранение ее аналогично графической информации;
3) текстовая
информация – способ кодирования речи человека специальными
символами – буквами, причем разные народы имеют разные языки и используют
различные наборы букв (алфавиты) для отображения речи. Особенно большое
значение этот способ приобрел после изобретения бумаги и книгопечатания;
4) числовая
информация – количественная мера объектов и их свойств в
окружающем мире. Аналогично текстовой информации для ее отображения
используется метод кодирования специальными символами – цифрами, причем системы
кодирования (счисления) могут быть разными;
5) видеоинформация
–
способ сохранения «живых» картин окружающего мира, появившийся с изобретением
кино.
Для передачи информации
на большие расстояния первоначально использовались кодированные световые
сигналы, с изобретением электричества – передача закодированного определенным
образом сигнала по проводам, позднее – с использованием радиоволн.
Создатель общей теории
информации и основоположник цифровой связи Клод Шеннон впервые обосновал
возможность применения двоичного кода для передачи информации. С
появлением компьютеров вначале появилось средство для обработки числовой
информации. Однако в дальнейшем, особенно после широкого распространения
персональных компьютеров, компьютеры стали использоваться для хранения,
обработки, передачи и поиска текстовой, числовой, графической, звуковой и
видеоинформации. Хранение информации при использовании компьютеров
осуществляется на магнитных дисках или лентах, на лазерных дисках (CD и DVD), специальных
устройствах энергонезависимой памяти (флэш-память и пр.). Эти методы постоянно
совершенствуются, изобретаются новые устройства и носители информации.
Особым видом информации в
настоящее время можно считать информацию, представленную в глобальной сети
Интернет. Здесь используются особые приемы хранения, обработки, поиска и
передачи распределенной информации больших объемов и особые способы работы с
различными видами информации. С помощью компьютера возможно создание, обработка
и хранение информационных объектов любых видов, для чего служат специальные
программы. Ниже в таблице 2 приведены основные виды программ и соответствующие
информационные объекты, которые с их помощью создаются и обрабатываются.
Таблица
2
Список
программ, использующихся для обработки и хранения
информационных
объектов различных видов
Программы | Информационные объекты |
Текстовые | Числовая |
Графические | Графические |
Табличные | Числовые |
СУБД | Базы |
Пакеты | Компьютерные |
Клиент-программа | Электронные |
Интернет | Web-страницы, файлы из архива интернета |
Данный список не является полным, так как развитие в
сфере информатизации общества постоянно развивается и вносит в
жизнедеятельность человека все новые и новые программы для обработки, передачи,
хранения информационных объектов.
3.
ДИСКРЕТНОЕ (ЦИФРОВОЕ) ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ
Дискретизация – это преобразование
непрерывных изображений и звука в набор дискретных значений в форме кодов.
В настоящее время все
чаще данные, изначально имеющие аналоговую форму (речь, телевизионное
изображение), передаются по каналам связи в дискретном виде, то есть в
виде последовательности единиц и нулей. Процесс представления аналоговой
информации в дискретной форме называется дискретной модуляцией. В
отличие от аналоговых машин, оперирующих непрерывной информацией, современные
компьютеры имеют дело с дискретной информацией, на входе и выходе которых в
качестве такой информации могут выступать любые последовательности десятичных
цифр, букв, знаков препинания и других символов. Внутри системы эта информация
кодируется в виде последовательности сигналов, принимающих лишь два различных
значения. В то время, как возможности аналоговых машин ограничены преобразованиями
строго ограниченных типов сигналов, современные компьютеры обладают свойством
универсальности, иными словами, компьютер может производить преобразования
любых буквенно-цифровых данных благодаря программе, составленной для выполнения
той или иной задачи. Свойство универсальности компьютера не ограничивается
возможностью оперирования одной лишь буквенно-цифровой информацией. В данном
виде может быть представлена (закодирована) любая дискретная информация.
Таким образом, компьютеры
могут рассматриваться как универсальные преобразователи информации.
4.
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ В ДВОИЧНОЙ СИСТЕМЕ СЧИСЛЕНИЯ
К достоинству двоичной
системы счисления относится – простота совершаемых операций, возможность
автоматической обработки информации с использованием двух состояний элементов
ПК.
Кодирование
– это операция преобразования знаков или групп знаков одной знаковой системы в
знаки или группы знаков другой знаковой системы. Декодирование – расшифровка
кодированных знаков, преобразование кода символа в его изображение. Двоичное
кодирование – кодирование информации в виде 0 и 1.
Способы кодирования и
декодирования информации в компьютере, в первую очередь, зависит от вида
информации, а именно, что должно кодироваться: числа, символьная информация (буквы,
цифры, знаки), графические изображения, звук.
1. Двоичное
кодирование чисел – для записи информации о количестве
объектов используются числа. Числа записываются с использованием особых
знаковых систем, которые называют системами счисления.
2. Двоичное
кодирование текста – присвоение символу определенного кода –
это вопрос соглашения, которое фиксируется в кодовой таблице. В качестве
международного стандарта была принята кодовая таблица ASCII (American Standard
Code for Information Interchange) – на 1 символ отводится 1 байт (8 бит), всего
можно закодировать 256 символов. С 1997 г. появился новый международный
стандарт Unicode, который отводит для кодировки одного символа 2 байта (16
бит), и можно закодировать 65536 различных символов.
3. Двоичное
кодирование графики – пространственная дискретизация –
перевод графического изображения из аналоговой формы в цифровой компьютерный
формат путем разбивания изображения на отдельные маленькие фрагменты (точки)
где каждому элементу присваивается код цвета. Пиксель – минимальный участок
изображения на экране, заданного цвета. Растровое изображение формируется из
отдельных точек – пикселей, каждая из которых может иметь свой цвет. Двоичный
код изображения, выводимого на экран храниться в видеопамяти. Кодирование
рисунка растровой графики напоминает – мозаику из квадратов, имеющих
определенный цвет. Для хранения черно-белого изображения используется 1 бит, цветные
изображения формируются в соответствии с двоичным кодом цвета, который хранится
в видеопамяти. Цветное изображение на экране формируется за счет смешивания
трех базовых цветов – красного, зеленого и синего.
4. Двоичное
кодирование звука – в аналоговой форме звук представляет
собой волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. На компьютере
работать со звуковыми файлами начали с начала 90-х гг. В основе кодирования
звука с использованием ПК лежит – процесс преобразования колебаний воздуха в
колебания электрического тока и последующая дискретизация аналогового
электрического сигнала. Кодирование и воспроизведение звуковой информации
осуществляется с помощью специальных программ (редактор звукозаписи). Временная
дискретизация – способ преобразования звука в цифровую форму путем разбивания
звуковой волны на отдельные маленькие временные участки, где амплитуды этих
участков квантуются (им присваивается определенное значение).
5. Представление
видеоинформации – в последнее время компьютер все чаще
используется для работы с видеоинформацией. Простейшей такой работой является
просмотр кинофильмов и видеоклипов. Следует четко представлять, что обработка
видеоинформации требует очень высокого быстродействия компьютерной системы. Что
представляет собой фильм с точки зрения информатики? Прежде всего, это
сочетание звуковой и графической информации. Кроме того, для создания на экране
эффекта движения используется дискретная по своей сути технология быстрой смены
статических картинок.
Список
литературы
1.Воройский,
Ф.С. Информатика. Энциклопедический словарь-справочник / Ф.С. Воройский. ― М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. – 768 с.
.Информатика
/ под ред. Б.В. Соболя. ― Ростов-на-Дону: Феникс,
2007. – 446 с.
.
Информатика / под ред. Г.Н. Хубаева. ― Ростов-на-Дону: МарТ,
2021. – 288 с.
.
Информатика и информационные технологии / под ред. Ю.Д. Романовой. – М.: Эксмо,
2008. – 592 с.
.
Колин, К. Информационная глобализация общества и гуманитарная революция /
К.Колин // Alma Mater. – 2002. – № 8. – С. 32-34.
.
Меняев, М.Ф.Информатика и основы программирования / М.Ф. Меняев. – М.: Омега-Л,
2007. – 458 с.
.
Острейковский, В.А., Полякова, И.В. Информатика. Теория и практика / В.А.
Острейковский, И.В. Полякова. – М.: Оникс, 2008. – 608 с.
.Румянцева,
Е.Л., Слюсарь, В.В. Информационные технологии / Е.Л. Румянцева, В.В. Слюсарь. ― М.: Инфра-М, 2007. – 256 с.
.
Степанов, А.Н. Информатика / А.Н. Степанов. ― СПб.: Питер, 2006. – 684
с.
Заключение
Связь между вероятностным и объемным объемом информации неоднозначна. Не каждый текст, написанный в двоичных символах, позволяет измерять объем информации в вероятностном кибернетическом смысле, но он, безусловно, допускает его в объеме. Кроме того, если определенное сообщение позволяет измерить количество информации в обоих смыслах, то это количество не обязательно совпадает, в то время как кибернетический объем информации не может быть больше, чем объем.
В прикладной информатике почти всегда объем информации понимается в широком смысле. Неважно, насколько важно измерение информации, невозможно свести к нему все проблемы, связанные с этим понятием. При анализе информации социального происхождения на первый план могут выходить такие свойства, как правдивость, своевременность, ценность, полнота и т. д.
Их нельзя оценить с точки зрения «уменьшения неопределенности» или количества символов. Обращение к качественной стороне информации породило различные подходы к ее оценке. Аксиологический подход стремится исходить из ценности, практической значимости информации, то есть качественных характеристик, значимых в социальной системе. В семантическом подходе информация рассматривается как с точки зрения формы, так и содержания.
Более того, информация связана с тезаурусом, то есть полнотой систематического набора данных по предмету информации. Очевидно, что эти подходы не исключают количественного анализа, но он становится все более сложным и должен основываться на современных методах математической статистики. Возможно, в будущем, исходя из прогресса в кибернетике, информация будет измеряться по-разному.
