Контрольные вопросы

По теоретическому материалу 1 семестра

1. Понятие информатики, история развития информатики, место информатики в ряду других фундаментальных наук. 2

2. Основные объекты и методы изучения науки информатики. 6

3. Мировоззренческие экономические и правовые аспекты информационных технологий. 8

4. Понятие информации. Формы представления информации. 10

5. Измерение и представление информации. Меры информации и их классификация (синтаксическая, семантическая, прагматическая). 12

6. Носители информации. Виды и свойства информации. 18

7. Общая характеристика информационных процессов 22

8. Информационные технологии и ресурсы 32

9. Информационные системы 34

10. Информатизация общества и автоматизация офиса 36

11. Понятие данных. Носители данных. Операции с данными. 38

12. Кодирование данных двоичным кодом. Кодирование целых и действительных чисел. 40

13. Кодирование текстовых данных. 42

14. Кодирование графических данных. 47

15. Системы счисления. Перевод целых и дробных чисел из одной системы счисления в другую. 51

16. Основные структуры данных. 59

Тема1. Информация и информационные технологии.

1. Понятие информатики, история развития информатики, место информатики в ряду других фундаментальных наук.

Информатика как самостоятельная отрасль научного знания и область практической деятельности появилась во второй половине ХХ в. Ее истоками можно считать:

– теорию информации, тесно связанную с теорией связи в технических системах (телефон, телеграф, радиосвязь), в частности, математическую теорию связи (Клод Шеннон, 1948 г.);

– кибернетику, исследующую общие законы управления в системах различной природы, основы которой заложил Ноберт Винер (1948 г.);

– теорию автоматов, основы которой заложил Джон фон Нейман (1946 г.);

– теорию алгоритмов (Н. Вирт, Э. Дейкстра, А.П. Ершов, Д. Кнут и др.).

Информатику традиционно связывают с развитием компьютерной техники. Но компьютер послужил лишь катализатором тенденций, которые возникли в науке и практике задолго до его появления. Каковы же эти тенденции? Прежде всего, резкое нарастание объема информации, которая с развитием средств связи становится доступной отдельному человеку. Приходит осознание того, что человеческие возможности восприятия и переработки информации ограничены. В то же время научно-технический прогресс, сопровождаемый высокими скоростями, развитием сложных технических комплексов, ставит человека в условия, когда ему необходимо научиться быстро и безошибочно перерабатывать информацию, чтобы эффективно управлять техникой. Решения часто приходится принимать в условиях дефицита времени, которые, к тому же, они могут быть чреваты большими последствиями. Задачи управления требуют применения таких средств, которые помогают собрать более полную информацию, надежно ее хранить, быстро распространять и безошибочно обрабатывать. Таким средством и стал компьютер. По сути, информатика призвана заниматься решением проблем, связанных с необходимостью организации информационных процессов (сбор, хранение, передача, обработка, защита и т.п.) и эффективного использования информационных ресурсов.

Компьютерные средства работы с информацией как основной объект изучения современной информатики представляет собой неразрывное единство трех частей – технического, программного и алгоритмического обеспечения информационных процессов и информационных систем. Основной вопрос информатики – каковы информационные процессы и как они могут быть эффективно автоматизированы?

Информатика широко использует достижения таких дисциплин, как математика, лингвистика, семиотика (наука о знаковых системах), логика, computer science, робототехника, инженерия знаний и др. В становлении информатики как науки вклад внесли многие замечательные ученые, среди них А.Н. Колмогоров, В.А. Котельников, А.А. Ляпунов, А.П. Ершов, В.С. Леднев, А.А. Харкевич, А.Я. Хинчин и др.

Термин «информатика» возник в начале 60-х годов ХХ века во Франции для выделения области знаний, связанной с автоматизированной обработкой информации с помощью электронно-вычислительных машин. Informatique происходит от французских слов information (информация) и automatique (автоматика) и дословно означает «информационная автоматика».

Широко распространен также англоязычный вариант этого термина–«Сomputer science», что означает буквально «компьютерная наука».

Информатика – это основанная на использовании компьютерной техники дисциплина, изучающая структуру и общие свойства информации, а также закономерности и методы ее создания, хранения, поиска, преобразования, передачи и применения в различных сферах человеческой деятельности.

В 1978 году международный научный конгресс официально закрепил за понятием «информатика» области, связанные с разработкой, созданием, использованием и материально-техническим обслуживанием систем обработки информации, включая компьютеры и их программное обеспечение, а также организационные, коммерческие, административные и социально-политические аспекты компьютеризации – массового внедрения компьютерной техники во все области жизни людей.

Таким образом, информатика базируется на компьютерной технике и немыслима без нее.

Информатика – комплексная научная дисциплина с широчайшим диапазоном применения. Ее приоритетные направления:

• разработка вычислительных систем и программного обеспечения;
• теория информации, изучающая процессы, связанные с передачей,
• приемом, преобразованием и хранением информации;
• математическое моделирование, методы вычислительной и прикладной математики и их применение к фундаментальным и прикладным исследованиям в различных областях знаний;
• методы искусственного интеллекта, моделирующие методы логического и аналитического мышления в интеллектуальной деятельности человека (логический вывод, обучение, понимание речи, визуальное восприятие, игры и др.);
• системный анализ, изучающий методологические средства, используемые для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам различного характера;
• биоинформатика, изучающая информационные процессы в биологических системах;
• социальная информатика, изучающая процессы информатизации общества;
• методы машинной графики, анимации, средства мультимедиа;
• телекоммуникационные системы и сети, в том числе, глобальные компьютерные сети, объединяющие все человечество в единое информационное сообщество;
• разнообразные приложения, охватывающие производство, науку, образование, медицину, торговлю, сельское хозяйство и все другие виды хозяйственной и общественной деятельности.

В информатике можно выделить три неразрывно и существенно связанные части – технические, программные и алгоритмические средства.

Технические средства, или аппаратура компьютеров, в английском языке обозначаются словом Hardware, которое буквально переводится как «твердые изделия».

Для обозначения программных средств, под которыми понимается совокупность всех программ, используемых компьютерами, и область деятельности по их созданию и применению, используется слово Software (буквально – «мягкие изделия»), которое подчеркивает равнозначность самой машины и программного обеспечения, а также способность программного обеспечения модифицироваться, приспосабливаться и развиваться.

Программированию задачи всегда предшествует разработка способа ее решения в виде последовательности действий, ведущих от исходных данных к искомому результату, иными словами, разработка алгоритма решения задачи. Для обозначения части информатики, связанной с разработкой алгоритмов и изучением методов и приемов их построения, применяют термин Brainware (англ. brain – интеллект).

Роль информатики в развитии общества чрезвычайно велика. С ней связано начало революции в области накопления, передачи и обработки информации. Эта революция, следующая за революциями в овладении веществом и энергией, затрагивает и коренным образом преобразует не только сферу материального производства, но и интеллектуальную, духовную сферы жизни.

Прогрессивное увеличение возможностей компьютерной техники, развитие информационных сетей, создание новых информационных технологий при- водят к значительным изменениям во всех сферах общества: в производстве, науке, образовании, медицине и т.д.

Информатику можно рассматривать как науку, как технологию и как индустрию.

Информатика как наука объединяет группу дисциплин, занимающихся изучением различных аспектов свойств информации в информационных процессах, а также применением алгоритмических, математических и программных средств для ее обработки с помощью компьютеров.

Информатика как технология включает в себя систему процедур компьютерного преобразования информации с целью ее формирования, хранения, обработки, распространения и использования. Основными чертами современной (новой) информационной технологии являются:

• дружественный программный и аппаратный интерфейс;
• интерактивный (диалоговый) режим решения задач;
• сквозная информационная поддержка всех этапов решения задачи на основе интегрированной базы данных;
• возможность коллективного решения задач на основе информационных сетей и систем телекоммуникаций;
• безбумажная технология, при которой основным носителем информации является не бумажный, а электронный документ.

Информатика как индустрия – это инфраструктурная отрасль народного хозяйства, обеспечивающая все другие отрасли необходимыми информационными ресурсами. Индустрия информатики включает в себя предприятия, производящие вычислительную технику и ее элементы; вычислительные центры различного типа и назначения (индивидуальные, кустовые, коллективного пользования и др.); предприятия, осуществляющие производство программных средств и проектирование информационных систем; организации, накапливающие, распространяющие и обслуживающие фонды алгоритмов и программ; станции технического обслуживания вычислительной техники.

Роль информатики в современных условиях постоянно возрастает. Деятельность как отдельных людей, так и целых организаций все в большей степени зависит от их информированности и способности эффективно использовать имеющуюся информацию. Внедрение компьютеров, современных средств переработки и передачи информации в различные индустрии послужило началом процесса, называемого информатизацией общества. Современное материальное производство и другие сферы деятельности все больше нуждаются в информационном обслуживании, переработке огромного количества информации. Информатизация на основе внедрения компьютерных и телекоммуникационных технологий является реакцией общества на потребность в существенном увеличении производительности труда в информационном секторе общественного производства, где сосредоточено более половины трудоспособного населения.

Результатом процесса информатизации является создание информационного общества, где манипулируют не материальными объектами, а идеями, образами, интеллектом, знаниями. Для каждой страны ее движение от индустриального этапа развития к информационному этапу определяется степенью информатизации общества.

Информатика связана с кибернетикой, но не тождественна ей. Кибернетика изучает общие закономерности процессов управления сложными системами в различных областях человеческой деятельности независимо от наличия или отсутствия компьютеров. Информатика же изучает общие свойства только конкретных информационных систем.

Информатика изучает свойства, структуру и функции информационных систем, а также происходящие в них информационные процессы. Под информационной системой понимают систему, организующую, хранящую и преобразовывающую информацию. Подавляющее большинство современных информационных систем являются автоматизированными.

2. Основные объекты и методы изучения науки информатики.

Существует много определений информатики как науки и учебной дисциплины. Такое многообразие мнений отражает тот факт, что информатика – это бурно развивающаяся наука, находящаяся в периоде становления. Сегодня быстро изменяются не только аппаратные средства и программное обеспечение, но и методы работы с информацией, а также понимание роли информации в эффективном использовании ограниченных материальных ресурсов и технических возможностей современного производства.

Чтобы определиться с основными объектами изучения в информатике, приведем несколько определений информатики, которые представляют спектр основных мнений.

В 1978 г. на Международном конгрессе по информатике было предложена следующая формулировка определения понятия "информатика": "Понятие информатики охватывает области, связанные с разработкой, созданием, использованием и материально-техническим обслуживанием систем обработки информации, включая машины, оборудование, математическое обеспечение, организационные аспекты, а также комплекс промышленного, коммерческого, административного и социального воздействия".

В следующем определении в явном виде подчеркивается двойственный характер информатики – фундаментальность и технологичность: "Информатика – в настоящее время одна из фундаментальных областей научного знания, формирующая системно-информационный подход к анализу окружающего мира, изучающая информационные процессы, методы и средства получения, преобразования, передачи, хранения и использования информации. Вместе с тем информатика – это стремительно развивающаяся и постоянно расширяющаяся сфера практической деятельности человека, связанная с использованием информационных технологий".

Методологическое определение: "Информатика – комплекс научных направлений и наукоемких технологий, объединенных общим методом исследования – информационным подходом и общим предметом исследования – информационными процессами".

На наш взгляд, информатика – это наука о закономерностях протекания информационных процессов в системах различной природы, о методах, средствах и технологиях автоматизации информационных процессов, о закономерностях создания и функционирования информационных систем.

В данной формулировке подчеркивается, что объектом изучения информатики как науки являются именно законы, закономерности, поскольку цели любой науки не только объяснительные, но и прогностические. Основной предмет изучения – информационные процессы, но не сами по себе, а в их привязке к "носителю" – информационным системам. Прагматизм информатики обусловлен тем, что предметом ее исследования являются также методы, средства и технологии, обеспечивающие эффективную организацию информационных процессов и их автоматизированное выполнение.

С точки зрения вузовского образования, информатику следует рассматривать как существенный элемент гуманитарной культуры человека, который вносит решающий вклад в формирование современного научного мировоззрения, дает ключ к пониманию многих явлений нашей жизни, снабжает умениями, необходимыми для ориентирования в современном информационном пространстве и успешной деятельности в нем.

Таким образом, основными объектами изучения в информатике являются:

– информационные объекты (тексты, совокупности данных, алгоритмы и т.п.), т.е. информация, зафиксированная на каком-либо носителе;

– информационные ресурсы общества как совокупность созданных человечеством информационных объектов;

– информационные процессы (поиск, отбор, хранение, передача, обработка, хранение, кодирование, защита);

– информационные модели (в частности, структуры данных, алгоритмы, программы);

– информационные технологии, как совокупность методов, способов, протоколов реализации информационных процессов;

– информационные системы, как совокупность информационных ресурсов вместе с допустимыми для них информационными процессами, реализуемыми с помощью информационных технологий;

– компьютер и компьютерные системы как универсальные средства автоматизации информационных процессов.

В любом научном исследовании важно не только то, что исследуется, но и то, как исследуется, т.е. важно иметь представление об основных методах исследования, а также о специфике применения общенаучных методов в данной области знания. Общими для всех наук методами исследования являются наблюдение, теоретический анализ, эксперимент, в том числе вычислительный, моделирование и др. В каждой конкретной науке эти методы приобретают свою специфику.

Основными методами исследования в информатике являются:

– системно-информационный анализ как конкретизация системного подхода;

– информационное моделирование как конкретизация общенаучного метода моделирования;

– компьютерный эксперимент как разновидность свойственного всем наукам вычислительного эксперимента.

Быстрое увеличение объема существующей и циркулирующей в обществе информации ставит современного человека перед проблемой умения работать с ней: находить, отбирать нужное, хранить, упаковывать и быстро извлекать из хранилища, обрабатывать и преобразовывать. Причем, информация все чаще может быть представлена не только в текстовом, наиболее привычном виде, но и как видео- и аудиоматериалы, схемы и анимационная графика и т.п. Владение методами, приемами и средствами ра- боты с информацией становится одним из основных профессионально важных качеств специалиста любого профиля.

3. Мировоззренческие экономические и правовые аспекты информационных технологий.

Информационная культура - это есть обладание знаниями и умениями в области информационных и коммуникационных технологий, а также знание юридических и этических норм в этой сфере.

Основной закон нашей страны – Конституция (в ст. 29) гарантирует каждому гражданину России свободу мысли и слова. И каждый из нас имеет право свободно искать, получать, передавать, производить и распространять информацию любым законным способом.

Современному человеку необходимо:

- овладеть коммуникативной культурой;

- знание и соблюдение юридических и этических норм и правил.

Законы запрещают использование пиратского компьютерного обеспечения и пропаганду насилия, наркотиков и порнографии в Интернете.

Программы по их юридическому статусу можно разделить на три большие группы:

• Лицензионные;
• Условно бесплатные (shareware);
• Свободно распространяемые программы (freeware).

Лицензионные программы продаются.

К бесплатно распространяемым программам 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; устаревшие версии программ; драйверы к новым устройствам или улучшенные драйверы к уже существующим.

Условно-бесплатные в целях их рекламы их продвижения на рынок, предоставляют пользователю версию программы с ограниченным сроком действия.

В настоящее время в России “законодательство в сфере информатизации” охватывает по различным оценкам несколько сотен нормативно правовых актов. Из них можно выделить около десятка основных. Это, например, Федеральный закон “Об информации, информационных технологиях и защите информации” (от 27.07.2006 года №149-Ф3); “О средствах массовой информации” (от 27.12.91 г. № 2124-I); “О правовой охране программ для электронных вычислительных машин и баз данных” (от 23.09.92 г. № 3523-I); “Об авторском праве и смежных правах” (от 09.07.93 г. № 5351-I) и др..

Для нарушителей авторских прав закон предусматривает возмещение убытков автору и выплаты нарушителем штрафа по решению суда в сумме от 5000-кратного до 50 000- кратного размера минимальной месячной оплаты труда.

Среди правовых проблем, связанных с деятельностью в Интернете, можно назвать следующие:

защита интеллектуальной собственности;

защита национальной безопасности;

ответственность провайдеров и владельцев сайтов;

регулирование электронной коммерции;

защита тайны личной жизни;

защита несовершеннолетних (от оскорбительных форм маркетинга и порнографии);

вопросы информационной безопасности и др.

В 2002 году был принят Закон РФ «Об электронно-цифровой подписи», который стал законодательной основой электронного документооборота в России. По этому закону электронная цифровая подпись в электронном документе признается юридически равнозначной подписи в документе на бумажном носителе.

При регистрации электронно-цифровой подписи в специализированных центрах корреспондент получает два ключа: секретный и открытый. Секретный ключ хранится на дискете или смарт-карте и должен быть известен только самому корреспонденту.

Открытый ключ должен быть у всех потенциальных получателей документов и обычно рассылается по электронной почте.

Законы и нормативные акты.

Об авторском праве и смежных правах. Закон РФ от 19.07.1995 года № 110-ФЗ.

Об информации, информационных технологиях и защите информации. Закон РФ от 27.07.2006 года №149-Ф3.

Доктрина информационной безопасности Российской Федерации. Указ Президента РФ от 09.09.2000 года № Пр-1895.

Об электронной цифровой подписи. Федеральный закон от 10.01.2002 года № 1-ФЗ.

О федеральной целевой программе “Электронная Россия (2002 – 2010 годы)”. Постановление Правительства РФ от 28.01.2002 года № 65.

ГОСТ Р6.30-2003. Унифицированная система организационно-распорядительной документации. Требования к оформлению документов. – М.: Изд-во стандартов, 2003.

4. Понятие информации. Формы представления информации.

Термин «информация» происходит от латинского слова «informatio», что означает сведения, разъяснения, изложение. Несмотря на широкое распространение этого термина, понятие информации является одним из самых дискуссионных в науке. В настоящее время наука пытается найти общие свойства и закономерности, присущие многогранному понятию информация, но пока это понятие во многом остается интуитивным и получает различные смысловые наполнения в различных отраслях человеческой деятельности:

• в обиходе информацией называют любые данные или сведения, которые кого-либо интересуют. Например, сообщение о каких-либо событиях, о чьей-либо деятельности и т.п. «Информировать» в этом смысле означает «сообщить нечто, неизвестное раньше»;
• в технике под информацией понимают сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов;
• в кибернетике под информацией понимает ту часть знаний, которая используется для ориентирования, активного действия, управления, т.е. в целях сохранения, совершенствования, развития системы.

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

Информатика рассматривает информацию как связанные между собой сведения, изменяющие наши представления о явлении или объекте окружающего мира. С этой точки зрения информацию можно рассматривать как совокупность знаний о фактических данных и зависимостях между ними.

Люди обмениваются информацией в форме сообщений. Сообщение – это форма представления информации в виде речи, текстов, жестов, взглядов, изображений, цифровых данных, графиков, таблиц и т.п.

Одно и то же информационное сообщение (статья в газете, объявление, письмо, телеграмма, справка, рассказ, чертеж, радиопередача и т.п.) может содержать разное количество информации для разных людей – в зависимости от их предшествующих знаний, от уровня понимания этого сообщения и интереса к нему.

Так, сообщение, составленное на японском языке, не несет никакой новой информации человеку, не знающему этого языка, но может быть высокоинформативным для человека, владеющего японским. Никакой новой информации не содержит и сообщение, изложенное на знакомом языке, если его содержание непонятно или уже известно.

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

Применительно к компьютерной обработке данных под информацией понимают некоторую последовательность символических обозначений (букв, цифр, закодированных графических образов и звуков и т.п.), несущую смысловую нагрузку и представленную в понятном компьютеру виде. Каждый новый символ в такой последовательности символов увеличивает информационный объем сообщения.

Предметы, процессы, явления материального или нематериального свойства, рассматриваемые с точки зрения их информационных свойств, называются информационными объектами.

В процессе обработки информация может менять структуру и форму. Признаком структуры являются элементы информации и их взаимосвязь. Формы представления информации могут быть различны. Основными из них являются:

• символьная (основана на использовании различных символов);
• текстовая (текст – это символы, расположенные в определенном порядке);
• графическая (различные виды изображений);
• световых или звуковых сигналов;
• радиоволн;
• электрических и нервных импульсов;
• магнитных записей;
• жестов и мимики;
• запахов и вкусовых ощущений;
• хромосом, посредством которых передаются по наследству признаки и свойства организмов и т.д.

В повседневной практике такие понятия, как информация и данные, часто рассматриваются как синонимы. На самом деле между ними имеются существенные различия.

Данными называется информация, представленная в удобном для обработки виде. Данные могут быть представлены в виде текста, графики, аудио-визуального ряда. Представление данных называется языком информатики, представляющим собой совокупность символов, соглашений и правил, используемых для общения, отображения, передачи информации в электронном виде.

5. Измерение и представление информации. Меры информации и их классификация (синтаксическая, семантическая, прагматическая).

Измерение информации.

Прежде, чем измерять значение какой-либо физической величины, надо ввести единицу измерения. У информации тоже есть такая единица – бит, но смысл ее различен при измерении информации в рамках разных подходов к определению понятия "информация".

I ПОДХОД. Неизмеряемость информации в быту (информация как новизна для получателя).

Вы получили некоторое сообщение, например, прочитали статью в журнале. В этом сообщении содержится какое-то количество новых для Вас сведений. Как оценить, сколько информации Вы получили? Другими словами, как измерить информацию? Можно ли сказать, что чем больше статья, тем больше информации она содержит?

Разные люди, получившие одно и то же сообщение, по-разному оценивают его новизну и информационную емкость. Это происходит оттого, что знания людей о событиях, явлениях, о которых идет речь в сообщении, до получения сообщения были различными. Поэтому те, кто знал об этом мало, сочтут, что получили много информации, те же, кто знал больше, могут сказать, что информации не получили вовсе. Количество информации в сообщении, таким образом, зависит от того, насколько ново это сообщение для получателя. В таком случае, количество информации в одном и том же сообщении должно определяться отдельно для каждого получателя, т.е. иметь субъективный характер. Но субъективные вещи не поддаются сравнению и анализу, для их измерения трудно выбрать одну общую для всех единицу измерения. Таким образом, с точки зрения информации как новизны, мы не можем однозначно и объективно оценить количество информации, содержащейся даже в простом сообщении. Что же тогда говорить об измерении количества информации, содержащейся в научном открытии, новом музыкальном стиле, новой теории общественного развития. Поэтому, когда информация рассматривается как новизна сообщения для получателя, вопрос об измерении количества информации не ставится.

II ПОДХОД – технический или объемный.

В технике, где информацией считается любая хранящаяся, обрабатываемая или передаваемая последовательность знаков, сигналов, часто используют простой способ определения количества информации, который может быть назван объемным. Он основан на подсчете числа символов в сообщении, т.е. связан только с длиной сообщения и не учитывает его содержания.

Длина сообщения зависит от числа знаков, употребляемых для записи сообщения. Например, слово "мир" в русском алфавите записывается тремя знаками, в английском – пятью (peace), а в ДКОИ-8 (двоичный код обмена информацией длиной 8) – двадцатью четырьмя битами (111011011110100111110010).

В вычислительной технике применяются две стандартные единицы измерения: бит (англ. binary digit – двоичная цифра) и байт (byte) и производные от них единицы – килобайт (Кб), мегабайт (Мб), гигабайт (Гб), тетрабайт (Тб).

1 бит – минимально возможный хранимый и передаваемый сигнал. Условно два его возможных состояния обозначаются 0 и 1. В действительности эти состояния могут иметь различную физическую природу: для оперативной памяти это наличие или отсутствие напряжения в электронной схеме; для компакт-дисков это выступ или впадина на поверхности и т.д. Исторически сложилось так, что 1 байт равен 8 битам. Именно восемью битами кодировался

один символ в программах для первых ЭВМ.

Обычно приставка "кило" означает тысячу, а приставка "мега" – миллион, но в вычислительной технике все "привязывается" к принятой двоичной системе кодирования.

В силу этого один килобайт равен не тысяче байт, а 210 = 1024 байт.

Аналогично, 1 Мб = 210 Кб = 1024 Кб = 220 байт = 1 048 576 байт. 1 Гб = 210 Мб = 220 Кб = 230 байт = 1 073 741 824 байт.

III ПОДХОД – вероятностный. Измерение информации в теории информации, когда информация определяется как снятая неопределенность.

Получение информации (ее увеличение) одновременно означает увеличение знания, что, в свою очередь, означает уменьшение незнания или информационной неопределенности. Говорят, что сообщение, которое уменьшает неопределенность, существовавшую до его получения, ровно в 2 раза, несет 1 бит информации. По сути, 1 бит информации соответствует выбору одного из двух равновероятных сообщений.

ПРИМЕРЫ.

Книга лежит на одной из двух полок – верхней или нижней. Сообщение о том, что книга лежит на верхней полке, уменьшает неопределенность ровно вдвое и несет 1 бит информации.

Сообщение о том, как упала монета после броска – "орлом" или "решкой", несет один бит информации.

В соревновании участвуют 4 команды. Сообщение о том, что третья команда набрала большее количество очков, уменьшает первоначальную неопределенность ровно в четыре раза (дважды по два) и несет два бита информации.

Очень приближенно можно считать, что количество информации в сообщении о каком-то событии совпадает с количеством вопросов, которые необходимо задать и ответом на которые могут быть лишь "да" или "нет", чтобы получить ту же информацию. Причем событие, о котором идет речь, должно иметь равновероятные исходы. Именно поэтому, если число равновероятных исходов события, о котором идет речь в сообщении, кратно степени числа 2 (4 = 22, 8 = 23, 32 = 25), то сообщение несет целое количество бит информации. Но в реальной практике могут встречаться самые разные ситуации. Например, сообщение о том, что на светофоре красный сигнал, несет в себе информации больше, чем бит.

С точки зрения на информацию как на снятую неопределенность количество информации зависит от вероятности получения данного сообщения. Причем, чем больше вероятность события, тем меньше количество информации в сообщении о таком событии. Иными словами, количество информации в сообщении о каком-то событии зависит от вероятности свершения данного события.

Научный подход к оценке сообщений был предложен еще в 1928 г.

Р. Хартли. Расчетная формула имеет вид:

I = log2 N или 2I = N,

где N – количество равновероятных событий (число возможных выборов); I – количество информации.

Если N = 2 (выбор из двух возможностей), то I = 1 бит.

Бит выбран в качестве единицы количества информации потому, что принято считать, что двумя двоичными словами исходной длины k или словом длины 2k можно передать в 2 раза больше информации, чем одним исходным словом. Число возможных равновероятных выборов при этом увеличивается в 2k раз, тогда как I удваивается.

Иногда формула Хартли записывается иначе. Так как наступление каждого из N возможных событий имеет одинаковую вероятность

p = 1 / N, то N = 1 / p и формула имеет вид I = log2 (1/p) = – log2 p.

Познакомимся с более общим случаем вычисления количества информации в сообщении об одном из N, но уже неравновероятных событий. Этот подход был предложен К. Шенноном в 1948 г.

Пусть имеется текст, содержащий тысячу букв. Буква "о" в тексте встречается примерно 90 раз, буква "р" ~ 40 раз, буква "ф" ~ 2 раза, буква "а" ~ 200 раз. Поделив 200 на 1000, мы получим величину 0.2, которая представляет собой среднюю частоту, с которой в рассматриваемом тексте встречается буква "а". Вероятность появления буквы "а" в тексте (pa) можем считать приблизительно равной 0,2. Аналогично, pр = 0,04, pф = 0,002, ро = 0,09. Далее поступаем согласно К. Шеннону. Берем двоичный логарифм от величины 0,2 и называем то, что получилось, количеством информации, которую переносит одна единственная буква "а" в рассматриваемом тексте. Точно такую же операцию проделаем для каждой буквы. Тогда количество собственной информации, переносимой одной буквой равно

hi = log2 (1/pi) = – log2 pi, где pi – вероятность появления в сообщении i-го символа алфавита.

Удобнее в качестве меры количества информации пользоваться не значением hi, а средним значением количества информации, приходящейся на один символ алфавита

H = pi hi = –pi log2 pi

Значение Н достигает максимума при равновероятных событиях, т.е. при равенстве всех pi

pi = 1 / N.

В этом случае формула Шеннона превращается в формулу Хартли. Интересный факт.

На памятнике немецкому ученому Л. Больцману высечена формула, выведенная в 1877 г. и связывающая вероятность состояния физической системы и величину энтропии этой системы. Энтропия (греч. en – в, внутрь; trope – превращение, буквально смысловой перевод: то, что внутри, неопределенно) – физическая величина, характеризующая тепловое состояние тела или системы, мера внутренней неупорядоченности системы. Так вот, формула для энтропии Больцмана совпадает с формулой, предложенной Шенноном для среднего количества информации, приходящейся на один символ в сообщении. Совпадение это произвело столь сильное впечатление, что Шеннон назвал количество информации негэнтропией. С тех пор слово "энтропия" стало чуть ли не антонимом слова "информация".

Чем больше энтропия системы, тем больше степень ее неопределенности. Поступающее сообщение полностью или частично снимает эту неопределенность. Следовательно, количество информации можно измерять тем, насколько понизилась энтропия системы после поступления сообщения. Таким образом, за меру количества информации принимается та же энтропия, но с обратным знаком. Уменьшая неопределенность, мы получаем информацию, в этом весь смысл научного познания.

Одной из важнейших характеристик информации является ее адекватность. Адекватность информации – это уровень соответствия образа, создаваемого с помощью информации, реальному объекту, процессу, явлению. От степени адекватности информации зависит правильность принятия решения. Адекватность информации может выражаться в трех формах: синтаксической, семантической и прагматической.

Синтаксическая адекватность отображает формально-структурные характеристики информации, не затрагивая ее смыслового содержания. На синтаксическом уровне учитываются тип носителя и способ представления информации, скорость ее передачи и обработки, размеры кодов представления информации, надежность и точность преобразования этих кодов и т.д. Информацию, рассматриваемую с таких позиций, обычно называют данными.

Семантическая адекватность определяет степень соответствия образа объекта самому объекту. Здесь учитывается смысловое содержание информации. На этом уровне анализируются сведения, отражаемые информацией, рассматриваются смысловые связи. Таким образом, семантическая адекватность проявляется при наличии единства информации и пользователя. Эта форма служит для формирования понятий и представлений, выявления смысла, содержания информации и ее обобщения.

Прагматическая адекватность отражает соответствие информации цели управления, реализуемой на ее основе. Прагматические свойства информации проявляются при наличии единства информации, пользователя и цели управления. На этом уровне анализируются потребительские свойства информации, связанные с практическим использованием информации, с соответствием ее целевой функции деятельности системы.

Каждой форме адекватности соответствует своя мера количества информации.

Синтаксическая мера информации оперирует с обезличенной информацией, не выражающей смыслового отношения к объекту. На этом уровне объем данных в сообщении измеряется количеством символов в этом сообщении. В качестве минимальной единицей измерения данных информации Клод Шеннон предложил принять один бит (англ. bit – binary digit – двоичная цифра). Бит в теории информации – количество информации, необходимое для различения двух равновероятных сообщений (типа: «чет» или «нечет», «орел» или «решка», «да» или «нет» и т.п.).

В вычислительной технике битом называют наименьшую «порцию» памяти компьютера, необходимую для хранения одного из двух знаков «0» и «1», используемых для внутримашинного представления данных и команд.

Бит – слишком мелкая единица измерения. На практике чаще применяется более крупная единица – байт, равная восьми битам. Именно восемь битов требуется для того, чтобы закодировать любой из 256 символов алфавита клавиатуры компьютера (256 = 28 ).

Широко используются также еще более крупные производные единицы информации:

1 Килобайт (Кбайт) = 1024 байт,

1 Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт,

1 Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт.

В последнее время в связи с увеличением объемов обрабатываемой информации входят в употребление такие производные единицы, как:

1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт,

1 Петабайт (Пбайт) = 1024 Тбайт.

За единицу информации можно было бы выбрать количество информации, необходимое для различения, например, десяти равновероятных сообщений. Это будет не двоичная (бит), а десятичная (дит) единица информации.

Семантическая мера информации используется для измерения смыслового содержания информации. Наибольшее распространение здесь получила тезаурусная мера, связывающая семантические свойства информации со способностью пользователя принимать поступившее сообщение. Тезаурус – это совокупность сведений, которыми располагает пользователь или система. Максимальное количество семантической информации потребитель получает при согласовании ее смыслового содержания со своим тезаурусом, когда поступившая информация понятна пользователю и несет ему ранее не известные сведения. С семантической мерой количества информации связан коэффициент содержательности, определяемый как отношение количества семантической информации к общему объему данных.

Прагматическая мера информации определяет ее полезность, ценность для процесса управления. Обычно ценность информации измеряется в тех же единицах, что и целевая функция управления системой.

Какое количество информации содержится, к примеру, в тексте романа

«Война и мир», во фресках Рафаэля или в генетическом коде человека? Ответа на эти вопросы наука не дает и, по всей вероятности, даст не скоро. А возможно ли объективно измерить количество информации? Важнейшим результатом в теории информации является следующий вывод:

В определенных, весьма широких условиях можно пренебречь качественными особенностями информации, выразить ее количество числом, а также сравнить количество информации, содержащейся в различных группах данных.

В настоящее время получили распространение подходы к определению понятия «количество информации», основанные на том, что информацию, содержащуюся в сообщении, можно нестрого трактовать в смысле ее новизны или, иначе, уменьшения неопределенности наших знаний об объекте. Эти подходы используют математические понятия вероятности и логарифма.

Информация передается в форме сообщений от некоторого источника информации к ее приемнику посредством канала связи между ними. Источник посылает передаваемое сообщение, которое кодируется в передаваемый сигнал. Этот сигнал посылается по каналу связи. В результате в приемнике появляется принимаемый сигнал, который декодируется и становится принимаемым сообщением. Передача информации по каналам связи часто сопровождается воздействием помех, вызывающих искажение и потерю информации.

6. Носители информации. Виды и свойства информации.

Информация всегда связана с материальным носителем. Носитель информации – среда для записи и хранения информации. Носителем информации может быть любой материальный предмет (бумага, камень, стена, поверхность дискеты), волны различной природы (акустическая – звук, электромагнитная – свет, радиоволна, гравитационная – давление, притяжение), особые состояния вещества (концентрация молекул в жидком растворе, температура и давление газа, расположение молекул в кристалле процессора и др.).

Способ передачи информации – сигнал.

Информационный сигнал – физический процесс, имеющий для человека или технического устройства информационное значение. Он может быть непрерывным (аналоговым) или дискретным.

Аналоговый сигнал – сигнал, непрерывно изменяющийся по амплитуде и во времени.

Сигнал называется дискретным, если он может принимать лишь конечное число значений в определенный период времени.

В реальной жизни мы чаще всего воспринимаем непрерывные сигналы. Даже речь человека по сути представляет собой непрерывный сигнал. В этом легко убедиться, если вспомнить, что речь на незнакомом языке воспринимается слитно, в ней трудно выделить отдельные слова. Но легче обрабатывать дискретные сигналы. Благодаря сложившейся с детства привычке, мы выделяем в сигналах, непрерывно поступающих к нам из внешнего мира, отдельные элементы: лица и облака, слова и музыкальные фразы.

Важно: аналоговые сигналы всегда могут быть представлены в дискретном виде, например, в виде последовательности чисел. Процесс представления какой-либо величины в виде последовательного ряда ее отдельных (дискретных) значений называют дискретизацией.

Вычислительная техника может работать как с аналоговыми, так и с дискретными (цифровыми) сигналами. Соответственно, существуют аналоговые вычислительные машины (АВМ) и цифровые вычислительные машины (ЦВМ), причем последние получили значительно большее распространение.

Виды информации:

– по способу восприятия: визуальная, аудиальная, тактильная, вкусовая, обонятельная;

– по общественному значению:

– личная – это знания, опыт, интуиция, умения, эмоции, наследственная память конкретного человека;

– специальная, значимая для определенной группы людей: научная, производственная, техническая, управленческая;

– общественная, значимая для большинства членов общества: общественно-политическая, научно-популярная (научно осмысленный опыт всего человечества, исторические, культурные и национальные традиции и др.), обыденная (которой мы обмениваемся в процессе повседневного общения), эстетическая (изобразительное искусство, скульптура, музыка, театр и др.).

– по сфере применения информации (экономическая, географическая, социологическая и пр.);

– по характеру источников информации (первичная, вторичная, обобщающая и пр.); Существует выделение видов информации и по другим основаниям, но в информатике наиболее важным является разделение информации по форме представления, а именно:

– текстовая,

– числовая,

– графическая,

– звуковая и их всевозможные комбинации.

Для каждого из видов информации существуют особые методы кодирования, специальные программные средства (текстовые, графические, звуковые редакторы, электронные таблицы и т.п.) и специальные устройства (клавиатура для ввода текстовой и числовой информации, сканер для ввода графики и т.п.).

В настоящее время основной в вычислительной технике становится мультимедийная (многосредовая, комбинированная) форма представления информации. Цветная графика сочетается со звуком и текстом, числовые расчеты сопровождаются деловой графикой, текст – движущимися видеоизображением и трехмерными образами.

Информация нам нужна для того, чтобы ориентироваться в окружающей обстановке и принимать правильные решения. Но любая ли информация помогает нам в этом? Знание свойств информации может помочь человеку оценить в каждом конкретном случае насколько решения, принятые на основе имеющейся информации, могут быть верными.

1 Информация объективна, если она не зависит от чьего-либо мнения, суждения. Объективную информацию можно получить с помощью исправных датчиков, измерительных приборов. Но, отражаясь в сознании конкретного человека, информация перестает быть объективной, так как преобразовывается (в большей или меньшей степени) в зависимости от мнения, суждения, опыта, знания, пристрастий конкретного субъекта.

2 Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел.

Недостоверной информация может быть по следующим причинам:

– преднамеренное искажение (дезинформация);

– искажение в результате воздействия помех ("испорченный телефон");

– в случае, когда значение реального факта приуменьшается или преувеличивается (слухи, "рыбацкие истории", реклама, политические дебаты).

3 Информация полна, если ее достаточно для понимания и принятия решения.

Неполная информация может привести к ошибочному выводу или решению. Не зря русская пословица гласит: "Недоученный хуже неученого".

Избыток информации может быть также вреден при принятии решения, как и ее недостаток, поскольку для анализа и обработки дополнительной информации требуется время. А время для человека – один из самых дефицитных и дорогостоящих "ресурсов" его жизни, не говоря уже об экстремальных ситуациях, когда от быстроты принятия решения может зависеть очень многое.

4 Информация актуальна (своевременна), если она важна, существенна для настоящего времени. Только вовремя полученная информация может принести необходимую пользу.

Неактуальной информация может быть по трем причинам, она может быть:

• устаревшей (прошлогодняя газета);
• преждевременной (прогноз погоды на лето, данный в январе);
• незначимой, ненужной (например, сообщение о том, что в Италии снижены цены на проезд в транспорте на 5 %).

5 Информация может быть полезной или бесполезной (ценность информации).

Но, так как четкой границы между этими понятиями нет, то следует говорить о степени полезности применительно к нуждам конкретных людей. Полезность информации оценивается по тем задачам, которые мы можем решить с ее помощью. Оценка полезности информации всегда субъективна. То, что полезно для одного человека, может быть совершенно бесполезно для другого.

6 Информация понятна, если она выражена на языке, доступном для получателя.

Социальная информация обладает еще и дополнительными свойствами, а именно:

7 Имеет семантический (смысловой) характер. Как правило, содержание, смысл для человека важнее, чем форма представления информации.

8 Имеет языковую природу. Одно и то же содержание может быть выражено на разных естественных (разговорных) либо специальных языках.

9 С течением времени количество информации растет, информация накапливается, происходит ее систематизация, оценка и обобщение. Это свойство назвали ростом и кумулированием информации (кумуляция – от латинского cumulatio – увеличение, скопление).

10 Свойство старения информации заключается в уменьшении ее ценности с течением времени. Старит информацию не само время, а появление новой информации, которая уточняет, дополняет или отвергает полностью или частично более раннюю информацию. Научно-техническая информация стареет быстрее, эстетическая (произведения искусства) – медленнее.

11 Логичность, компактность, удобная форма представления информации облегчает понимание и усвоение информации.

Пример. Грамотное, доказательное выступление, когда оратор логично переходит от одного вопроса (факта, предположения) к другому, воспринимается лучше, чем сумбурная речь. Использование схем нередко лучше проясняет принцип работы технического устройства, чем многостраничные описания.

12 При восприятии и понимании текстов человеком важным свойством информации оказывается ее определенность (однозначность).

Пример. "И вскрикнул внезапно ужаленный князь!" Внезапно вскрикнул или внезапно ужаленный? "Сережа встретил Свету на поляне с цветами". С цветами был Сережа или с цветами была Света? А, может быть, цветы росли на поляне?

7. Общая характеристика информационных процессов

Информацию можно:

• создавать;
• передавать;
• воспринимать;
• использовать;
• запоминать;
• принимать;
• копировать;
• формализовать;
• распространять;
• преобразовывать;
• комбинировать;
• обрабатывать;
• делить на части;
• упрощать;
• собирать;
• хранить;
• искать;
• измерять;
• разрушать;
• и др.

Все эти процессы, связанные с определенными операциями над информацией, называются информационными процессами.

Обработка информации – получение одних информационных объектов из других информационных объектов путем выполнения некоторых алгоритмов. Обработка является одной из основных операций, выполняемых над информацией, и главным средством увеличения объема и разнообразия информации.

Средства обработки информации – это всевозможные устройства и системы, созданные человечеством, и в первую очередь, компьютер – универсальная машина для обработки информации.

Компьютеры обрабатывают информацию путем выполнения некоторых алгоритмов. Живые организмы и растения обрабатывают информацию с помощью своих органов и систем.

Информационный процесс (ИП) определяется как совокупность последовательных действий (операций), производимых над информацией (в виде данных, сведений, фактов, идей, гипотез, теорий и пр.), для получения какого-либо результата (достижения цели).

Информационные процессы могут быть целенаправленными или стихийными, организованными или хаотичными, детерминированными или вероятностными, но какую бы мы не рассматривали систему, в ней всегда присутствуют информационные процессы, и какой бы информационный процесс мы не рассматривали, он всегда реализуется в рамках какой-либо системы – биологической, социальной, технической, социотехнической. В зависимости от того, какого рода информация является предметом информационного процесса и кто является его субъектом (техническое устройство, человек, коллектив, общество в целом), можно говорить о глобальных информационных процессах, или макропроцесссах и локальных информационных процессах, или микропроцессах. Так, процесс познания, распространение информации посредством СМИ, информационные войны, организация архивного хранения информации – это глобальные ИП, а посимвольное сравнение данных, двоичное кодирование текста, запись порции информации на носитель – локальные ИП.

Наиболее обобщенными информационными процессами являются три процесса: сбор, преобразование, использование информации. Каждый из этих процессов распадается, в свою очередь, на ряд процессов, причем некоторые из них являются общими, т.е. могут входить в каждый из выделенных "укрупненных" процессов (рисунок 2).

Рисунок 2 Схема взаимосвязи информационных процессов.

Человек всегда стремится автоматизировать выполнение рутинных операций и операций, требующих постоянного внимания и точности. То же справедливо и по отношению к информационным процессам.

Универсальными средствами для автоматизированного выполнения информационных процессов в настоящее время являются: компьютер, вычислительные системы и сети.

СБОР ИНФОРМАЦИИ

Поиск информации – один из важных информационных процессов. От того, как он организован, во многом зависит своевременность и качество принимаемых решений.

В широком плане является основой познавательной деятельности человека во всех ее проявлениях: в удовлетворении любопытства, путешествиях, научной работе, чтении и т.п. В более узком смысле означает систематические процедуры поиска в организованных хранилищах информации: библиотеках, справочниках, картотеках, электронных каталогах, базах данных.

Методы поиска информации можно разделить на те, которые осуществляются самим человеком, и осуществляемые техническими устройствами. К первым относятся: непосредственное наблюдение, общение со специалистами, чтение соответствующей литературы, просмотр телепрограмм, прослушивание радиопередач, аудиокассет, работа в библиотеках, архивах, обращение с запросом к информационным системам, базам и банкам данных.

Поиск информации, осуществляемый компьютерными программами, всегда идет в соответствии с некоторым запросом. Им может быть набор ключевых слов при поиске информации в Интернет, шаблон имени файла при поиске нужного файла на диске, значения некоторых реквизитов при поиске документов в справочно-правовых системах и т.п. Среди основных методов поиска можно выделить: посимвольное (побитное) сравнение на совпадение, сравнение основы слов (без учета суффиксов, окончаний, порядка слов), расширенный поиск с использованием словаря синонимов, контекстный поиск.

Применение разнообразных методов поиска поможет собрать более полную информацию и повысит вероятность принятия правильного решения.

В процессе поиска может встретиться самая разная информация. Любую информацию человек привык оценивать по степени ее полезности, актуальности и достоверности. Оценивание явно или неявно ведется в соответствии с некоторыми заранее определенными критериями отбора.

В процессе отбора информации она может проходить процедуры сравнения, регистрации, измерения величин и их представления, оценки свойств в соответствии с заданными критериями и др. После оценки одни из полученных сведений могут быть отброшены как ненужные, другие, наоборот, оставлены на долгое хранение, т.е. процесс поиска информации практически всегда сопровождается ее отбором. Вместе это называют процессом сбора информации.

Сбор информации всегда осуществляется с определенной целью, которая во многом определяет выбор методов поиска и критериев отбора найденной информации.

КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ

Информационный процесс кодирования информации встречается в нашей жизни на каждом шагу. Любое общение между людьми происходит именно благодаря тому, что они научились выражать свои образы, чувства и эмоции с помощью специально предназначенных для этого знаков – звуков, жестов, букв и пр.

Одно и то же сообщение можно закодировать разными способами, т.е. выразить на разных языках. В процессе развития человеческого общества люди выработали большое число языков кодирования. К ним относятся:

• разговорные языки (русский, английский, хинди и другие, всего около 5000);

• язык мимики и жестов;

• язык рисунков и чертежей;

• языки науки (язык математики, химии и т.д.);

• язык искусства (музыки, живописи, скульптуры);

• специальные языки (эсперанто, морской семафор, азбука Морзе, азбука Брайля для слепых и т.д.)

В специальных языках особо выделим языки программирования. Программирование – кодирование информации на языке, "понятном" компьютеру. В вычислительной технике кодирование используется при хранении, передаче информации, представлении ее на носителе. Кодирование информации можно рассматривать как один из способов ее обработки (преобразования).

Дадим определения основных понятий.

Кодированием называется процесс преобразования одного набора знаков в другой набор знаков.

Кодом называется правило для преобразования одного набора знаков в другой набор знаков.

Знак – это элемент конечного множества отличных друг от друга элементов, с помощью которых кодируется сообщение.

Набор знаков, в котором определен порядок их следования, называется алфавитом.

Алфавит, состоящий из двух знаков, называется двоичным алфавитом.

В вычислительной технике в настоящее время широко используется двоичное кодирование с алфавитом {0,1} (рисунок 3). Наиболее распространенными кодами являются ASCII (American standart code for information interchange – американский стандартный код для обмена информацией), ДКОИ-8 (двоичный код обмена информации), Win1251 или СР1251 (code page), Unicode.

Рисунок 3 Пример универсального кодирования с помощью алфавита {0,1}.

Длиной кода называется то количество знаков кодирующего алфавита, которое используется при кодировании одного знака кодируемого сообщения.

Код может быть постоянной и переменной длины.

В естественных языках используются в основном коды переменой длины (слова русского языка бывают длиной в 1, 2, 3 и т.д. букв); в технике чаще используются коды постоянной длины. Так длина кода ASCII 8 бит или 1 байт, длина кода Unicode 16 бит или 2 байта.

Если длина кода равняется n, то алфавитом, состоящим из k знаков, можно закодировать М = kn различных состояний.

С помощью двоичного алфавита (k = 2) в ASCII (n = 8) таблица кодировки включает 28 = 256 символов, в Unicode (n = 16) таблица кодировки включает 216 = 65536 символов.

Чтобы закодировать М различных состояний с постоянной длиной кода, используя алфавит из k знаков, длина кода должна быть не менее n = [ logk M +1].

ХРАНЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ

Хранение информации – процесс такой же древний, как и жизнь человеческой цивилизации. Он имеет огромное значение для обеспечения поступательного развития человеческого общества (да и любой системы), многократного использования информации, передачи накапливаемого знания последующим поколениям.

Уже в древности человек столкнулся с необходимостью хранения информации. Примерами тому служат зарубки на деревьях, чтобы не заблудиться во время охоты; счет предметов с помощью камешков, узелков; изображение животных и эпизодов охоты на стенах пещер. Человеческое общество способно бережно хранить информацию и передавать ее от поколения к поколению. На протяжении всей истории знания и жизненный опыт отдельных людей накапливаются. По современным представлениям, чем больше информации накоплено и используется в обществе, тем выше уровень его развития. Накопление информации является основой развития общества. Когда объем накапливаемой информации возрастает настолько, что ее становится просто невозможно хранить в памяти, человек начинает прибегать к помощи различного рода вспомогательных средств

С рождением письменности возникло специальное средство фиксирования и распространения мысли в пространстве и во времени. Родилась документированная информация – рукописи и рукописные книги, появились своеобразные информационно-накопительные центры – древние библиотеки и архивы. Постепенно письменный документ стал и орудием управления (указы, приказы, законы).

Следующим информационным скачком явилось книгопечатание.

С его возникновением наибольший объем информации стал храниться в различных печатных изданиях, и для ее получения человек обращается в места их хранения (библиотеки, архивы и пр.).

В настоящее время мы являемся свидетелями быстрого развития новых – автоматизированных – методов хранения информации с помощью электронных средств. Компьютер и средства телекоммуникации предназначены для компактного хранения информации с возможностью быстрого доступа к ней.

Информация, предназначенная для хранения и передачи, как правило, представлена в форме документа. Под документом понимается объект на любом материальном носителе, где имеется информация, предназначенная для распространения в пространстве и времени (от лат. dokumentum – свидетельство. Первоначально это слово обозначало письменное подтверждение правовых отношений и событий). Основное назначение документа заключается в использовании его в качестве источника ин- формации при решении различных проблем обучения, управления, науки, техники, производства, социальных отношений.

Одной из процедур хранения информации является ее накопление. Оно может быть пассивным и активным.

При пассивном накоплении поступающая информация просто "складируется", при этом принимаются меры для обеспечения ее сохранности и повторного обращения к ней (считывания). Например, запись звуковой информации на магнитофонную ленту; стенографирование выступления; размещение документов в архиве.

При активном накоплении происходит определенная обработка поступающей информации, имеющая много градаций, но в целом направленная на обогащение знания получателя информации. Например, систематизация и обобщение документов, поступивших на хранение, перевод содержания документов в другую форму, перенесение документов на другие носители совместно с процедурами сжатия данных, обеспечения защитными кодами и т.п.

Важно помнить, что хранение очень больших объемов информации оправдано только при условии, если поиск нужной информации можно осуществить достаточно быстро, а сведения получить в доступной форме. Иными словами, информация хранится только для того, чтобы впоследствии ее можно было легко отыскать, а возможность поиска закладывается при определении способа хранения информации и доступа к ней. Таким образом, первый вопрос, на который необходимо ответить при организации любого хранилища информации – как ее потом там искать.

Информационно-поисковая система (ИПС) – это хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска, размещения и выдачи информации. Наличие таких процедур – главная особенность информационных систем, отличающая их от простых скоплений информационных материалов.

Например, личная библиотека, в которой может ориентироваться только ее владелец, информационной системой не является. В публичных же библиотеках порядок размещения книг всегда строго определенный. Благодаря ему поиск и выдача книг, а также размещение новых поступлений представляет собой стандартные, формализованные процедуры. То же самое справедливо и для компьютерных ИПС.

Все хранимые в ИПС документы индексируются каким-либо образом. Каждому документу (статье, протоколу, видеокассете) присваивается индивидуальный код, составляющий поисковый образ документа. Поиск в хранилищах идет не по самим документам, а по их поисковым образам, которые могут включать в себя:

• название документа;

• время и место создания;

• фамилии авторов или название организации, создавшей документ;

• тематические разделы, к которым можно отнести документ по его содержанию;

• информацию о местонахождении документа в хранилище и многое другое.

Например, файловая система компьютера – это тоже информационно-поисковая система. Поисковый образ файла включает в себя полное имя файла (имя дисковода, имена каталогов и подкаталогов, собственное имя файла, расширение), дату и время создания, размер файла, его атрибуты.

ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ

Хранение информации необходимо для распространения ее во времени, а ее распространение в пространстве происходит в процессе передачи информации. Практически любая деятельность людей связана с общением, а общение невозможно без передачи информации.

В процессе передачи информации обязательно участвуют источник и получатель информации: первый передает информацию, второй ее принимает. Между ними действует канал передачи информации – канал связи (рисунок 5). Передача информации возможна с помощью любого языка кодирования информации, понятного как источнику, так и получателю.

Рисунок 5 Процесс передачи информации.

Передача информации – это реальный физический процесс, протекающий в среде, разделяющей источник и получатель. Передаваемая информация обладает определенным строением, которое чаще всего выглядит как последовательность сигналов, каждый из которых переносит элементарную порцию информации. В теории связи эта последовательность сигналов называется сообщением.

В процессе передачи информация может теряться и искажаться: искажение звука в телефоне, атмосферные помехи в радио, искажение или затемнение изображения в телевидении, ошибки при передаче по телеграфу. Эти помехи, или, как их называют специалисты, шумы, изменяют сообщение. Поэтому при организации автоматизированной передачи сообщений необходимо особо заботиться об обеспечении защиты от помех, о проверке соответствия полученного сообщения переданному.

В теории информации установлена связь между способом кодирования передаваемых сообщений, скоростью их передачи по каналам связи и вероятностью искажения передаваемой информации. Еще в сороковых годах ХХ в. К. Шеннон доказал, что при любых помехах и шумах можно обеспечить передачу информации без потерь.

ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

Человек выделяет в информации по крайней мере три компонента: смысл (семантика); оформление (синтаксис); личностная значимость (оценка, прагматика). Иными словами в любом сообщении можно выделить содержание, форму и наше отношение к сообщению.

Обработка (преобразование) информации — это процесс изменения формы представления информации или ее содержания.

Как правило, обработка информации – это закономерный, целенаправленный, планомерный процесс. Всегда существует цель обработки.

Процессы изменения формы представления информации часто сводятся к процессам ее кодирования и декодирования и проходят одновременно с процессами сбора и передачи информации.

Примеры изменения формы информации в результате обработки:

• специальное оборудование на метеостанции преобразует сигналы, полученные от метеозондов, в графики;

• данные анкет, полученные в результате психологических исследований, представляются в виде диаграмм;

• при сканировании рисунок преобразуется в последовательность двоичных цифр.

Процесс изменения содержания информации включает в себя такие процедуры, как численные расчеты, редактирование, упорядочивание, обобщение, систематизация и т.д.

Примеры изменения содержания информации в результате обработки:

• результатом обработки данных нескольких метеостанций выступает прогноз погоды;

• анализ данных психологических исследований позволяет дать обобщенную психологическую характеристику группы "испытуемых" и рекомендации по улучшению психологического климата в этой группе;

• отсканированный текст первоначально представляется в виде рисунка (в соответствующем двоичном представлении). После его обработки программой оптического распознавания символов он преобразуется в "текстовые" коды.

Обрабатывать можно информацию любого вида и правила обработки могут быть самыми разнообразными. Общая схема преобразования информации приведена на рисунке 6.

Рисунок 6 Процесс преобразования информации.

Нам не всегда известно, как, по каким правилам входная информация преобразовывается в выходную. Систему, в которых наблюдателю доступны лишь входные и выходные величины, а структура и внутренние процессы неизвестны, называют черным ящиком (рисунок 7).

Рисунок 7 Схема преобразования информации по принципу "черного ящика"

Не будет преувеличением сказать, что любой познаваемый объект всегда первоначально выступает для наблюдателя как "черный ящик".

Но чаще всего без знания правил преобразования невозможно достичь цели, ради которой информация и обрабатывается. Если эти правила строго формализованы и имеется алгоритм их реализации, то можно построить устройство для автоматизированной обработки информации. Таким устройством в вычислительной технике является процессор (рисунок 8).

Рисунок 8 Схема обработки информации.

Обработка информации всегда происходит в некоторой внешней среде (обстановке), являющейся источником входной информации и потребителем выходной информации. Непосредственная переработка входной информации в выходную осуществляется процессором. При этом предполагается, что процессор располагает памятью.

Замечание. Обработка информации в общем случае приводит и к изменению состояния самого процессора.

Процесс обработки информации в рамках данной схемы чаще всего сводится к следующим процедурам:

• вычисление процессором значений выходных параметров как некоторой функции входных;

• накопление информации, т.е. изменение состояния памяти под воздействием входной информации;

• реализация причинной связи между входом и выходом процессора;

• взаимодействие процессора со средой, реакция на изменения обстановки;

• управление поведением всей системы в целом.

Обработка информации – это процесс, происходящий во времени.

В ряде случаев он должен подчиняться заданному темпу поступления входной информации и допустимому пределу задержки в выработке информации на выходе. В этом случае говорят об обработке информации в реальном масштабе времени. Примером является управление работой машин и устройств, в том числе компьютера.

В других случаях время рассматривается как дискретная цепочка мгновенно происходящих событий. При этом важна лишь их последовательность, а не значение разделяющих события временных промежутков. Такой подход применяется обычно при обработке информации в моделировании.

Наиболее простой формой обработки информации является последовательная обработка, производимая одним процессором, в котором в любой момент времени происходит не более одного события. При наличии в системе нескольких процессоров, работающих одновременно, говорят о параллельной обработке информации.

Обработка информации является центральной процедурой в управлении любой системой. Трактовка управления системой как процесса обработки информации является одним из основных принципов кибернетики.

Вычислительная техника в основном предназначена для автоматизированной обработки информации различного вида. К ней относятся: обработка запросов к базам данных, перекодирование информации, численные расчеты по формулам, аранжировка музыкальных произведений, синтез новых звуков, монтаж анимационных роликов и многое другое.

8. Информационные технологии и ресурсы

Информационные ресурсы – это идеи человечества и указания по их реализации, накопленные в форме, позволяющей их воспроизводство.

Это книги, статьи, патенты, диссертации, научно-исследовательская и опытно-конструкторская документация, технические переводы, данные о передовом производственном опыте и др.

Информационные ресурсы (в отличие от всех других видов ресурсов – трудовых, энергетических, минеральных и т.д.) тем быстрее растут, чем больше их расходуют.

Информационная технология – это процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления.

Цель информационной технологии – производство информации для ее анализа человеком и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия.

Человечество занималось обработкой информации тысячи лет. Первые информационные технологии основывались на использовании счетов и письменности. Около пятидесяти лет назад началось исключительно быстрое развитие этих технологий, что в первую очередь связано с появлением компьютеров.

Внедрение персонального компьютера в информационную сферу и применение телекоммуникационных средств связи определили новый этап развития информационной технологии. Новая информационная технология – это информационная технология с «дружественным» интерфейсом работы пользователя, использующая персональные компьютеры и телекоммуникационные средства. Новая информационная технология базируется на следующих основных принципах:

• интерактивный (диалоговый) режим работы с компьютером;
• интегрированность с другими программными продуктами;

• гибкость процесса изменения данных и постановок задач.

В качестве инструментария информационной технологии используются распространенные виды программных продуктов: текстовые процессоры, издательские системы, электронные таблицы, системы управления базами данных, электронные календари, информационные системы функционального назначения.

К основным видам информационных технологий относятся следующие.

1. Информационная технология обработки данных предназначена для решения хорошо структурированных задач, алгоритмы решения которых хорошо известны и для решения которых имеются все необходимые входные данные. Эта технология применяется на уровне исполнительской деятельности персонала невысокой квалификации в целях автоматизации некоторых рутинных, постоянно повторяющихся операций управленческого труда.

2. Информационная технология управления предназначена для информационного обслуживания всех работников предприятий, связанных с принятием управленческих решений. Здесь информация обычно представляется в виде регулярных или специальных управленческих отчетов и содержит сведения о прошлом, настоящем и возможном будущем предприятия.

3. Информационная технология автоматизированного офиса призвана дополнить существующую систему связи персонала предприятия. Автоматизация офиса предполагает организацию и поддержку коммуникационных процессов как внутри фирмы, так и с внешней средой на базе компьютерных сетей и других современных средств передачи и работы с информацией.

4. Информационная технология поддержки принятия решений предназначена для выработки управленческого решения, происходящей в результате итерационного процесса, в котором участвуют система поддержки принятия решений (вычислительное звено, задающее входные данные и оценивающее полученный результат).

5. Информационная технология экспертных систем основана на использовании искусственного интеллекта. Экспертные системы дают возможность менеджерам получать консультации экспертов по любым проблемам, о которых в этих системах накоплены знания.

В настоящее время термин «информационная технология» употребляется в связи с использованием компьютеров для обработки информации. Информационные технологии охватывают всю вычислительную технику и технику связи и, отчасти, – бытовую электронику, телевидение и радиовещание.

Они находят применение в промышленности, торговле, управлении, банковской системе, образовании, здравоохранении, медицине и науке, транспорте и связи, сельском хозяйстве, системе социального обеспечения, служат подспорьем людям различных профессий и домохозяйкам.

Народы развитых стран осознают, что совершенствование информационных технологий представляет самую важную, хотя дорогостоящую и трудную задачу. В настоящее время создание крупномасштабных информационно- технологических систем является экономически возможным, и это обусловливает появление национальных исследовательских и образовательных программ, призванных стимулировать их разработку.

9. Информационные системы

Информационная система – это взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации для достижения цели управления. В современных условиях основным техническим средством обработки информации является персональный компьютер. Большинство современных информационных систем преобразуют не информацию, а данные. Поэтому часто их называют системами обработки данных.

По степени механизации, процедур преобразования информации, системы обработки данных делятся на системы ручной обработки, механизированные, автоматизированные и системы автоматической обработки данных.

Важнейшими принципами построения эффективных информационных систем является следующее.

Принцип интеграции, заключающийся в том, что обрабатываемые данные, однажды введенные в систему, многократно используются для решения большого числа задач.

Принцип системности, заключающийся в обработке данных в различных на всех уровнях управления.

Принцип комплексности, заключающийся в механизации и автоматизации процедур преобразования данных на всех этапах функционирования информационной системы.

Информационные системы также классифицируются:

по функциональному назначению:

• производственные,
• коммерческие,
• финансовые,
• маркетинговые и др.,

по объектам управления:

• информационные системы автоматизированного проектирования,
• управления технологическими процессами,
• управления предприятием (офисом, фирмой, корпорацией, организацией) и т.п.,

по характеру использования результатной информацией:

• информационно-поисковые, предназначенные для сбора, хранения и выдачи информации по запросу пользователя;
• информационно-советующие, предлагающие пользователю определенные рекомендации для принятия решений (системы поддержки принятия решений);
• информационно-управляющие, результатная информация которых непосредственно участвуют в формировании управляющих воздействий.

Структуру информационных систем составляет совокупность отдельных ее частей, называемых подсистемами.