Сборник лекций по дисциплине «Информатика и ИКТ»
Часть I
![]()
2013
Одобрено на заседании кафедры Программного обеспечения и информационных технологий
Методическое пособие «Сборник лекций по дисциплине «Информатика и ИКТ» часть I»
Сборник лекций по дисциплине «Информатика и ИКТ» Часть I
Методическое пособие представляет собой сборник лекций, которые предназначены для использования на занятиях по информатике и ИКТ. В пособии раскрыты основные темы в соответствии с ФГОС и учебной программой. Каждая работа содержит теоретический материал, практические задания и контрольные вопросы для закрепления материала.
Составитель А. В. Скорочкина – преподаватель кафедры «Программного обеспечения и информационных технологий» ГБОУ СПО РМК г.Ставрополя.
2013 г., 32 стр.
Оглавление
Раздел 1. Раздел 1 "Информационная деятельность человека" 3
Тема 1.1 "Основные этапы развития информационного общества. Этапы развития технических средств и информационных ресурсов" 3
Тема 1.2. Виды профессиональной информационной деятельности человека с использованием технических средств и информационных ресурсов. Правовые нормы, относящиеся к информации. 13
Раздел II. "Информация и информационные процессы" 19
Тема 2.1 "Подходы к понятию информации и измерению информации. Информационные объекты различных видов. Универсальность дискретного (цифрового) представления информации" 19
Тема 2.2 "Основные информационные процессы и их реализация с помощью компьютеров: обработка, хранение, поиск и передача информации" 24
Раздел 1. Раздел 1 "Информационная деятельность человека" Тема 1.1 "Основные этапы развития информационного общества. Этапы развития технических средств и информационных ресурсов"
План:
1. Информатика как наука;
2. Информационное общество: определение, основные черты и этапы развития;
3. История развития вычислительной техники.
1. ИНФОРМАТИКА КАК НАУКА
Информатика - это основанная на использовании компьютерной техники дисциплина, изучающая структуру и общие свойства информации, а также закономерности и методы её создания, хранения, поиска, преобразования, передачи и применения в различных сферах человеческой деятельности.
Термин информатика возник в 60-х годах во Франции для названия области, занимающейся автоматизированной переработкой информации, как слияние французских слов information и automatique (дословно перевод - «информационная автоматика»). Широко распространён также англоязычный вариант этого термина - "Сomputer science", что означает буквально "компьютерная наука".
Термин «информатика» был впервые введён в Германии Карлом Штейнбухом в 1957 году. В 1962 году этот термин был введён во французский язык Ф. Дрейфусом, который также предложил и переводы на ряд других европейских языков. В советской научно-технической литературе термин «информатика» был введён А. И. Михайловым, А. И. Черным и Р. С. Гиляревским в 1968 году.
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.
Первый факультет информатики был основан в 1962 году в университете Пёрдью (Purdue University). Сегодня факультеты и кафедры информатики имеются в большинстве университетов мира.
Высшей наградой за заслуги в области информатики является премия Тьюринга.
Отдельной наукой информатика была признана лишь в 1970-х; до этого она развивалась в составе математики, электроники и других технических наук.
В школах СССР учебная дисциплина «Информатика» появилась в 1985 году одновременно с первым учебником А. П. Ершова «Основы информатики и вычислительной техники».
4 декабря отмечается День российской информатики, так как в этот день в 1948 году Государственный комитет Совета министров СССР по внедрению передовой техники в народное хозяйство зарегистрировал за номером 10 475 изобретение И. С. Брука и Б. И. Рамеева - цифровую электронную вычислительную машину.
Информатика - научная дисциплина с широчайшим диапазоном применения. Её основные направления:
pазpаботка вычислительных систем и пpогpаммного обеспечения;
теоpия инфоpмации, изучающая процессы, связанные с передачей, приёмом, преобразованием и хранением информации;
методы искусственного интеллекта, позволяющие создавать программы для решения задач, требующих определённых интеллектуальных усилий при выполнении их человеком (логический вывод, обучение, понимание речи, визуальное восприятие, игры и др.);
системный анализ, заключающийся в анализе назначения проектируемой системы и в установлении требований, которым она должна отвечать;
методы машинной графики, анимации, средства мультимедиа;
средства телекоммуникации, в том числе, глобальные компьютерные сети, объединяющие всё человечество в единое информационное сообщество;
разнообразные приложения, охватывающие производство, науку, образование, медицину, торговлю, сельское хозяйство и все другие виды хозяйственной и общественной деятельности.
Основными терминами, относящимися к информатике, являются информационная технология и информация.
Информационная технология - это совокупность конкретных технических и программных средств, с помощью которых мы выполняем разнообразные операции по обработке информации во всех сферах нашей жизни и деятельности.
Информация – это новые, принятые, понятые и оцененные как полезные сведения, которые уменьшают неопределенность об объекте, о его свойствах, проявлениях и т.д.
Связь информатики с другими науками
| понятия и законы естественных наук |
| понятия и законы технических наук |
|
| информатика |
|
| понятия и законы общественных нук |
| понятия и законы математики |
Задачи информатики:
• Технические, связанные с изучением методов и средств надежного сбора, хранения, передачи, обработки и выдачи информации;
• Семантические, определяющие способ описания смысла информации; изучающие языки описания информации;
• Прагматические, описывающие метод моделирования информации
2. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЩЕСТВО: ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ И ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ
Прежде чем давать определение понятию «информационное общество», нужно понять, что такое «процесс информатизации общества».
Деятельность отдельных людей, групп, коллективов и организаций сейчас все в большей степени начинает зависеть от их информированности и способности эффективно использовать имеющуюся информацию. Прежде чем предпринять какие-то действия, необходимо провести большую работу по сбору и переработке информации, ее осмыслению и анализу. Отыскание рациональных решений в любой сфере требует обработки больших объемов информации, что подчас невозможно без привлечения специальных технических средств.
Возрастание объема информации особенно стало заметно в середине XX в. Лавинообразный поток информации хлынул на человека, не давая ему возможности воспринять эту информацию в полной мере. В ежедневно появляющемся новом потоке информации ориентироваться становилось все труднее. Подчас выгоднее стало создавать новый материальный или интеллектуальный продукт, нежели вести розыск аналога, сделанного ранее.
Информационное общество – общество, в котором большинство работающих занято производством, хранением, переработкой и реализацией информации, общество, в котором большинство работающих занято производством, хранением, переработкой и реализацией информации, особенно высшей ее формы – знаний.
Основные черты информационного общества:
увеличение роли информации, знаний и информационных технологий в жизни общества;
возрастание числа людей, занятых информационными технологиями, коммуникациями и производством информационных продуктов и услуг в валовом внутреннем продукте;
нарастающая информатизация общества с использованием телефонии, радио, телевидения, сети Интернет, а также традиционных и электронных СМИ;
создание глобального информационного пространства, обеспечивающего: (а) эффективное информационное взаимодействие людей, (б) их доступ к мировым информационным ресурсам и (в) удовлетворение их потребностей в информационных продуктах и услугах.
Роль и значение информационных революций
В истории развития цивилизации произошло несколько информационных революций – преобразований общественных отношений из-за кардинальных изменений в сфере обработки информации. Следствием подобных преобразований являлось приобретение человеческим обществом нового качества.
Первая революция связана с изобретением письменности, что привело к гигантскому качественному и количественному скачку. Появилась возможность передачи знаний от поколения к поколениям.
Вторая (середина XVI в.) вызвана изобретением книгопечатания, которое радикально изменило индустриальное общество, культуру, организацию деятельности.
Третья (конец XIx в.) обусловлена изобретением электричества, благодаря которому появились телеграф, телефон, радио, позволяющие оперативно передавать и накапливать информацию в любом объеме.
Четвертая (70-е гг. XX в.) связана с изобретением микропроцессорной технологии и появлением персонального компьютера. На микропроцессорах и интегральных схемах создаются компьютеры, компьютерные сети, системы передачи данных (информационные коммуникации). Этот период характеризуют три фундаментальные инновации:
переход от механических и электрических средств преобразования информации к электронным;
миниатюризация всех узлов, устройств, приборов, машин;
создание программно-управляемых устройств и процессов.
Последняя информационная революция выдвигает на первый план новую отрасль – информационную индустрию, связанную с производством технических средств, методов, технологий для производства новых знаний. Важнейшими составляющими информационной индустрии становятся все виды информационных технологий, особенно телекоммуникации. Современная информационная технология опирается на достижения в области компьютерной техники и средств связи.
3. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Вычисления в доэлектронную эпоху. Потребность счета предметов у человека возникла еще в доисторические времена. Древнейший метод счета предметов заключался в сопоставлении предметов некоторой группы (например, животных) с предметами другой группы, играющей роль счетного эталона. У большинства народов первым таким эталоном были пальцы (счет на пальцах).
Расширяющиеся потребности в счете заставили людей употреблять другие счетные эталоны (зарубки на палочке, узлы на веревке и т. д.).
Каждый школьник хорошо знаком со счетными палочками, которые использовались в качестве счетного эталона в первом классе.
В древнем мире при счете больших количеств предметов для обозначения определенного их количества (у большинства народов - десяти) стали применять новый знак, например зарубку на другой палочке. Первым вычислительным устройством, в котором стал применяться этот метод, стал абак.
Древнегреческий абак представлял собой посыпанную морским песком дощечку. На песке проводились бороздки, на которых камешками обозначались числа. Одна бороздка соответствовала единицам, другая — десяткам и т. д. Если в какой-то бороздке при счете набиралось более 10 камешков, их снимали и добавляли один камешек в следующий разряд. Римляне усовершенствовали абак, перейдя от песка и камешков к мраморным доскам с выточенными желобками и мраморными шариками (рис. 1.1). 
По мере усложнения хозяйственной деятельности и социальных отношений (денежных расчетов, задач измерений расстояний, времени, площадей и т. д.) возникла потребность в арифметических вычислениях. Для выполнения простейших арифметических операций (сложения и вычитания) стали использовать абак, а по прошествии веков - счеты (рис. 1.2).
Развитие науки и техники требовало проведения все более сложных математических расчетов, и в XIX веке были изобретены механические счетные машины — арифмометры (рис. 1.3). Арифмометры могли не только складывать, вычитать, умножать и делить числа, но и запоминать промежуточные результаты, печатать результаты вычислений и т. д.
В середине XIX века английский математик Чарльз Бэббидж выдвинул идею создания программно управляемой счетной машины, имеющей арифметическое устройство, устройство управления, а также устройства вади и печати.
Аналитическую машину Бэббиджа (прообраз современных компьютеров) по сохранившимся описаниям и чертежам построили энтузиасты из Лондонского музея науки (рис. 1.4). Аналитическая машина состоит из четырех тысяч стальных деталей и весит три тонны.
Вычисления производились Аналитической машиной в соответствии с инструкциями (программами), которые разработала леди Ада Лавлейс (дочь английского поэта Джорджа Байрона). Графиню Лавлейс считают первым программистом, и в ее честь назван язык программирования АДА.
Первыми носителями информации, которые использовались для хранения программ, были перфокарты (рис. 1.5). Программы записывались на перфокарты путем пробития в определенном порядке отверстий в плотных бумажных карточках. Затем перфокарты помещались в Аналитическую машину, которая считывала расположение отверстий и выполняла вычислительные операции в соответствии с заданной программой.
Развитие электронно-вычислительной техники
ЭВМ первого поколения. В 40-е годы XX века начались работы по созданию первых электронно-вычислительных машин, в которых на смену механическим деталям пришли электронные лампы. ЭВМ первого поколения требовали для своего размещения больших залов, так как в них использовались десятки тысяч электронных ламп. Такие ЭВМ создавались в единичных экземплярах, стоили очень дорого и устанавливались в крупнейших научно-исследовательских центрах.
В 1945 году в США был построен ЕNIАС (Electronic Numerical Integrator and Computer - электронный числовой интегратор и калькулятор), а в 1950 году в СССР была создана МЭСМ (Малая Электронная Счетная Машина) (рис. 1.6).
ЭВМ первого поколения могли выполнять вычисления со скоростью несколько тысяч операций в секунду, последовательность выполнения которых задавалась программами. Программы писались на машинном языке, алфавит которого состоял из двух знаков: 1 и 0.
Программы вводились в ЭВМ с помощью перфокарт или перфолент (рис. 1.7), причем наличие отверстия на перфокарте соответствовало знаку 1, а его отсутствие - знаку 0.
Результаты вычислений выводились с помощью печатающих устройств в форме длинных последовательностей нулей и единиц. Писать программы на машинном языке и расшифровывать результаты вычислений могли только высококвалифицированные программисты, понимавшие язык первых ЭВМ.
ЭВМ второго поколения. В 60-е годы XX века были созданы ЭВМ второго поколения, основанные на новой элементной базе — транзисторах (см. таблицу в конце параграфа), которые имеют в десятки и сотни раз меньшие размеры и массу, более высокую надежность и потребляет значительно меньшую электрическую мощность, чем электронные лампы. Такие ЭВМ производились малыми сериями и устанавливались в крупных научно-исследовательских центрах.
В СССР в 1967 году вступила в строй наиболее мощная в Европе ЭВМ второго поколения БЭСМ-6 (Большая Электронная Счетная Машина), которая могла выполнять 1 миллион операций в секунду (рис. 1.8). 
В БЭСМ-6 использовалось 260 тысяч транзисторов, устройства внешней памяти на магнитных лентах для хранения программ и данных, а также алфавитно-цифровые печатающие устройства для вывода результатов вычислений.
Работа программистов по разработке программ существенно упростилась, так как стала проводиться с использованием языков программирования высокого уровня (Алгол, Бейсик и др.).
ЭВМ третьего поколения. Начиная с 70-х годов прошлого века, в качестве элементной базы ЭВМ третьего поколения стали использовать интегральные схемы (см. таблицу в конце параграфа). В интегральной схеме (маленькой полупроводниковой пластине) могут быть плотно упакованы тысячи транзисторов, каждый из которых имеет размеры, сравнимые с толщиной человеческого волоса.
ЭВМ на базе интегральных схем стали гораздо более компактными, быстродействующими и дешевыми. Такие мини-ЭВМ (рис. 1.9) производились большими сериями и были доступными для большинства научных институтов и высших учебных заведений. 
Персональные компьютеры. Развитие высоких технологий привело к созданию больших интегральных схем – БИС, включающих десятки тысяч транзисторов. Это позволило приступить к выпуску компактных персональных компьютеров, доступных для массового пользователя.
Первым персональным компьютером был Apple II (рис. 1.10) («дедушка» современных компьютеров Macintosh), созданный в 1977 году. В 1982 году фирма IВМ приступила к изготовлению персональных компьютеров IВМ РС («дедушек» современных IBM-совместимых компьютеров).
Современные персональные компьютеры компактны и обладают в тысячи раз большим быстродействием по сравнению с первыми персональными компьютерами (могут выполнять несколько миллиардов операций в секунду). Ежегодно в мире производится почти 200 миллионов компьютеров, доступных по цене для массового потребителя.
Персональные компьютеры могут быть различного конструктивного исполнения: настольные, портативные (ноутбуки) и карманные (наладонники) (рис. 1.11).
Контрольные вопросы:
Что такое информатика?
Перечислите основные даты, связанные с развитием информатики как науки.
С какими науками связана информатика?
Что такое информационная технология?
Что такое информационная культура?
Перечислите информационные революции, которые вам известны.
Назовите основные признаки информационного общества.
Что такое информационная культура?
Заполните следующую таблицу
| ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ |
| Характе- ристика | Вычисления в доэлектронную эпоху | Поколения ЭВМ |
| Абак | Счеты | Арифмометр | Перфо- карта | Первое | Второе | Третье | ПК |
| Годы использования |
|
|
|
|
|
|
|
|
| Основной элемент |
|
|
|
|
|
|
|
|
| Быстродействие (операций/сек) |
|
|
|
|
| Количество ЭВМ в мире (шт) |
|
|
|
|
Тема 1.2. Виды профессиональной информационной деятельности человека с использованием технических средств и информационных ресурсов. Правовые нормы, относящиеся к информации.
План:
Информационная деятельность человека;
Компьютерные вирусы: определение, классификация и способы хранения информации от компьютерных вирусов.
1. ИНФОРМАЦИОННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА
В современном мире роль информатики, средств обработки, передачи, накопления информации неизмеримо возросла. Средства информатики и вычислительной техники сейчас во многом определяют научно-технический потенциал страны, уровень развития ее народного хозяйства, образ жизни и деятельности человека.
Для целенаправленного использования информации ее необходимо собирать, преобразовывать, передавать, накапливать и систематизировать. Все эти процессы называются информационными процессами. Получение и преобразование информации является необходимым условием жизнедеятельности любого организма. Даже простейшие одноклеточные организмы постоянно воспринимают и используют информацию. Живые существа способны не только воспринимать информацию из окружающей среды с помощью органов чувств, но и обмениваться ею между собой.
Человек также воспринимает информацию с помощью органов чувств, а для обмена информацией между людьми используются языки.
Информационные процессы характерны не только для живой природы, человека, общества. Человечеством созданы технические устройства — автоматы, работа которых также связана с процессами получения, передачи и хранения информации.
Деятельность человека, связанную с процессами получения, преобразования, накопления и передачи информации, называют информационной деятельностью.
Тысячелетиями предметами труда людей были материальные объекты. Все орудия труда от каменного топора до первой паровой машины, электромотора или токарного станка были связаны с обработкой вещества, использованием и преобразованием энергии. Вместе с тем человечеству пришлось решать задачи управления, задачи накопления, обработки и передачи информации, опыта, знания, возникают группы людей, чья профессия связана исключительно с информационной деятельностью. В древности это были, например, военачальники, жрецы, летописцы, затем — ученые и т. д.
По мере развития общества постоянно расширялся круг людей, чья профессиональная деятельность была связана с обработкой и накоплением информации. Постоянно рос и объем человеческих знаний, опыта, а вместе с ним количество книг, рукописей и других письменных документов. Появилась необходимость создания специальных хранилищ этих документов — библиотек, архивов. Информацию, содержащуюся в книгах и других документах, необходимо было не просто хранить, а упорядочивать, систематизировать. Так возникли библиотечные классификаторы, предметные и алфавитные каталоги и другие средства систематизации книг и документов, появились профессии библиотекаря, архивариуса.
Развитие науки, образования обусловило быстрый рост объема информации, знаний человека. Если в начале прошлого века общая сумма человеческих знаний удваивалась приблизительно каждые пятьдесят лет, то в последующие годы — каждые пять лет.
Выходом из создавшейся ситуации стало создание компьютеров, которые во много раз ускорили и автоматизировали процесс обработки информации.
Информационное право — новая, только лишь формирующаяся отрасль права, которая играет определяющую роль в развитии современного общества XXI в. и в ближайшее время станет полноценной отраслью права.
Информационное право - система социальных норм и отношений, охраняемых силой государства, возникающих в информационной сфере — сфере производства, преобразования и потребления информации.
Основной предмет правового регулирования информационного права — это информационные отношения, т.е. отношения, возникающие при осуществлении информационных процессов — процессов производства, сбора, обработки, накопления, хранения, поиска, передачи.
2. КОМПЬЮТЕРНЫЕ ВИРУСЫ: ОПРЕДЕЛЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ И СПОСОБЫ ХРАНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ ОТ КОМПЬЮТЕРНЫХ ВИРУСОВ
Компьютерный вирус — разновидность компьютерных программ или вредоносный код, способный без ведома пользователя выполнять произвольные действия, в том числе наносящие вред пользователю и/или компьютеру. Их отличительной особенностью является способность к размножению (саморепликация).
Классификация вирусов
В настоящее время известно более 5000 программных вирусов, их можно классифицировать по следующим признакам:
В зависимости от среды обитания вирусы можно разделить на сетевые, файловые, загрузочные и файлово-загрузочные. Сетевые вирусы распространяются по различным компьютерным сетям. Файловые вирусы внедряются главным образом в исполняемые модули, т. е. В файлы, имеющие расширения COM и EXE. Файловые вирусы могут внедряться и в другие типы файлов, но, как правило, записанные в таких файлах, они никогда не получают управление и, следовательно, теряют способность к размножению. Загрузочные вирусы внедряются в загрузочный сектор диска (Boot-сектор) или в сектор, содержащий программу загрузки системного диска (Master Boot Record). Файлово-загрузочные вирусы заражают как файлы, так и загрузочные сектора дисков.
По способу заражения вирусы делятся на резидентные и нерезидентные. Резидентный вирус при заражении (инфицировании) компьютера оставляет в оперативной памяти свою резидентную часть, которая потом перехватывает обращение операционной системы к объектам заражения (файлам, загрузочным секторам дисков и т. п.) и внедряется в них. Резидентные вирусы находятся в памяти и являются активными вплоть до выключения или перезагрузки компьютера. Нерезидентные вирусы не заражают память компьютера и являются активными ограниченное время.
По степени воздействия вирусы можно разделить на следующие виды:
неопасные, не мешающие работе компьютера, но уменьшающие объем свободной оперативной памяти и памяти на дисках, действия таких вирусов проявляются в каких-либо графических или звуковых эффектах
опасные вирусы, которые могут привести к различным нарушениям в работе компьютера
очень опасные, воздействие которых может привести к потере программ, уничтожению данных, стиранию информации в системных областях диска.
По особенностям алгоритма вирусы трудно классифицировать из-за большого разнообразия. Простейшие вирусы - паразитические, они изменяют содержимое файлов и секторов диска и могут быть достаточно легко обнаружены и уничтожены. Можно отметить вирусы-репликаторы, называемые червями, которые распространяются по компьютерным сетям, вычисляют адреса сетевых компьютеров и записывают по этим адресам свои копии. Известны вирусы-невидимки, называемые стелс-вирусами, которые очень трудно обнаружить и обезвредить, так как они перехватывают обращения операционной системы к пораженным файлам и секторам дисков и подставляют вместо своего тела незараженные участки диска. Наиболее трудно обнаружить вирусы-мутанты, содержащие алгоритмы шифровки-расшифровки, благодаря которым копии одного и того же вируса не имеют ни одной повторяющейся цепочки байтов. Имеются и так называемые квазивирусные или "троянские" программы, которые хотя и не способны к самораспространению, но очень опасны, так как, маскируясь под полезную программу, разрушают загрузочный сектор и файловую систему дисков.
Контрольные вопросы:
Что такое информационная деятельность?
Какие виды деятельности можно отнести к информационным?
Выполните задания:
Задание 1.
Выберите и запишите виды деятельности, которые можно назвать информационными.
Летописец, инженер, библиотекарь, машинист, программист, официант, спортсмен, библиотекарь, дворник, ученый, тех.рабочий, военачальник.
___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
Задание 2.
Составьте классификацию вирусов.
1.____________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
2.____________________________________________________________________
___________________________________________________________________
__________________________________________________________________
3.____________________________________________________________________
___________________________________________________________________
__________________________________________________________________
___________________________________________________________________
4.____________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________
Раздел II. "Информация и информационные процессы" Тема 2.1 "Подходы к понятию информации и измерению информации. Информационные объекты различных видов. Универсальность дискретного (цифрового) представления информации"
План:
Виды и свойства информации;
Количество информации.
Виды и свойства информации
Информация – это новые, принятые, понятые и оцененные как полезные сведения, которые уменьшают неопределенность об объекте, о его свойствах, проявлениях.
Основные виды информации по ее форме представления, способам ее кодирования и хранения, что имеет наибольшее значение для информатики, это:
1. графическая или изобразительная — первый вид, для которого был реализован способ хранения информации об окружающем мире в виде наскальных рисунков, а позднее в виде картин, фотографий, схем, чертежей на бумаге, холсте, мраморе и др. материалах, изображающих картины реального мира;
2. звуковая — мир вокруг нас полон звуков и задача их хранения и тиражирования была решена с изобретение звукозаписывающих устройств в 1877 г. ее разновидностью является музыкальная информация — для этого вида был изобретен способ кодирования с использованием специальных символов, что делает возможным хранение ее аналогично графической информации;
3. текстовая — способ кодирования речи человека специальными символами — буквами, причем разные народы имеют разные языки и используют различные наборы букв для отображения речи; особенно большое значение этот способ приобрел после изобретения бумаги и книгопечатания;
4. числовая — количественная мера объектов и их свойств в окружающем мире; особенно большое значение приобрела с развитием торговли, экономики и денежного обмена; 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.
Свойства информации:
Объективность информации. Объективный – существующий вне и независимо от человеческого сознания. Информация – это отражение внешнего объективного мира. Информация объективна, если она не зависит от методов ее фиксации, чьего-либо мнения, суждения.
Пример. Сообщение «На улице тепло» несет субъективную информацию, а сообщение «На улице 22°С» – объективную, но с точностью, зависящей от погрешности средства измерения.
Объективную информацию можно получить с помощью исправных датчиков, измерительных приборов. Отражаясь в сознании конкретного человека, информация перестает быть объективной, так как, преобразовывается (в большей или меньшей степени) в зависимости от мнения, суждения, опыта, знаний конкретного субъекта.
Достоверность информации. Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел. Объективная информация всегда достоверна, но достоверная информация может быть как объективной, так и субъективной. Достоверная информация помогает принять нам правильное решение. Недостоверной информация может быть по следующим причинам:
преднамеренное искажение (дезинформация) или непреднамеренное искажение субъективного свойства;
искажение в результате воздействия помех («испорченный телефон») и недостаточно точных средств ее фиксации.
Полнота информации. Информацию можно назвать полной, если ее достаточно для понимания и принятия решений. Неполная информация может привести к ошибочному выводу или решению.
Точность информации определяется степенью ее близости к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т. п.
Актуальность информации – важность для настоящего времени, злободневность, насущность. Только вовремя полученная информация может быть полезна.
Полезность (ценность) информации. Полезность может быть оценена применительно к нуждам конкретных ее потребителей и оценивается по тем задачам, которые можно решить с ее помощью.
КОЛИЧЕСТВО ИНФОРМАЦИИ
Существуют несколько теорий информации.
Первая теория (Шеннона), определяет информацию как меру неопределенности события. Вторая теория рассматривает информацию как свойство материи. Третья концепция основана на подходе, при котором информация - это действующая, полезная, часть знаний.
в житейском аспекте под информацией понимают сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальными устройствами;
в технике под информацией понимают сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов;
в теории информации важны не любые сведения, а лишь те, которые снимают полностью или уменьшают существующую неопределенность;
в кибернетике, по определению Н. Винера, информация - эта та часть знаний, которая используется для ориентирования, активного действия, управления, т.е. в целях сохранения, совершенствования, развития системы;
В информатике используются различные подходы к измерению информации:
Содержательный подход к измерению информации. Сообщение – информативный поток, который в процессе передачи информации поступает к приемнику. Сообщение несет информацию для человека, если содержащиеся в нем сведения являются для него новыми и понятными. Если сообщение не информативно, то количество информации с точки зрения человека = 0. (Пример: вузовский учебник по высшей математике содержит знания, но они не доступны 1-класснику)
Алфавитный подход к измерению информации не связывает кол-во информации с содержанием сообщения. Алфавитный подход - объективный подход к измерению информации. Он удобен при использовании технических средств работы с информацией, т.к. не зависит от содержания сообщения. Кол-во информации зависит от объема текста и мощности алфавита. Ограничений на max мощность алфавита нет, но есть достаточный алфавит мощностью 256 символов. Этот алфавит используется для представления текстов в компьютере. Поскольку 256=28, то 1символ несет в тексте 8 бит информации.
Вероятностный подход к измерения информации. Все события происходят с различной вероятностью, но зависимость между вероятностью событий и количеством информации, полученной при совершении того или иного события можно выразить формулой которую в 1948 году предложил Шеннон.
Рассмотрим вероятностный подход. Количество информации - это мера уменьшения неопределенности.
1 БИТ – такое кол-во информации, которое содержит сообщение, уменьшающее неопределенность знаний в два раза. БИТ- это наименьшая единица измерения информации
Единицы измерения информации: 1байт = 8 бит
1Кб (килобайт) = 210 байт = 1024 байт
1Мб (мегабайт) = 210 Кб = 1024 Кб
1Гб (гигабайт) = 210 Мб = 1024 Мб
Формула Шеннона
I - количество информации
N – количество возможных событий
pi – вероятности отдельных событий
Задача1: Какое количество информации будет содержать зрительное сообщение о цвете вынутого шарика, если в непрозрачном мешочке находится 50 белых, 25красных, 25 синих шариков
1) всего шаров 50+25+25=100
2) вероятности шаров 50/100=1/2, 25/100=1/4, 25/100=1/4
3)I= -(1/2 log21/2 + 1/4 log21/4 + 1/4 log21/4) = -(1/2(0-1) +1/4(0-2) +1/4(0-2)) = 1,5 бит
Количество информации достигает max значения, если события равновероятны, поэтому количество информации можно расcчитать по формуле 
Задача2 : В корзине лежит 16 шаров разного цвета. Сколько информации несет сообщение, что достали белый шар?
т.к. N = 16 шаров, то I = log2 N = log2 16 = 4 бит.
Рассмотрим алфавитный подход.
Так, в русском алфавите, если не использовать букву ё, количество событий (букв) будет равно 32. Тогда:
32 = 2I, откуда I = 5 битов.
Каждый символ несет 5 битов информации (его информационная емкость равна 5 битов). Количество информации в сообщении можно подсчитать, умножив количество информации, которое несет один символ, на количество символов.
Количество информации, которое содержит сообщение, закодированное с помощью знаковой системы, равно количеству информации, которое несет один знак, умноженному на количество знаков.
Задача3 Посчитать, какой объем информации содержит слово «Информация» (10*5=50 бит = 6 байт 2 бита).
Контрольные вопросы:
Что такое информация?
Какие виды информации Вам известны?
Назовите свойства информации.
По какой формуле находится количество информации?
Какие подходы к измерению информации Вам известны?
Решите самостоятельную работу:
Сам работа.
Задача: Какое количество информации будет содержать зрительное сообщение о цвете вынутого шарика, если в непрозрачном мешочке находится 2 белых, 4 красных, 2 синих шариков?
Задача2: В корзине лежит 8 шаров разного цвета. Сколько информации несет сообщение, что достали белый шар?
Задача3: Посчитать, какой объем информации содержит Ваша фамилия.
Тема 2.2 "Основные информационные процессы и их реализация с помощью компьютеров: обработка, хранение, поиск и передача информации"
План:
основные информационные процессы;
реализация информационных процессов с помощью компьютера.
ОСНОВНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ
Информационный процесс - совокупность последовательных действий (операций), производимых над информацией (в виде данных, сведений, фактов, идей, гипотез, теорий и пр.), для получения какого-либо результата (достижения цели).
Информация проявляется именно в информационных процессах. Информационные процессы всегда протекают в каких-либо системах (социальных, социотехнических, биологических и пр.).
Наиболее обобщенными информационными процессами являются сбор, преобразование, использование информации.
Структура информационного процесса
При переносе информации в виде сигнала от источника к потребителю.
она проходит последовательно следующие фазы (говорят – фазы обращения), составляющие информационный процесс:
Восприятие (если фаза реализуется технической системой) или сбор (если фаза реализуется человеком) – осуществляет отображение источника информации в сигнал. Здесь определяются качественные и количественные характеристики источника, существенные для решения задач потребителя информации, для чего и собирается или воспринимается информация. Совокупность этих характеристик создает образ источника, который фиксируется в виде сигнала на носителе той или иной природы (бумажном, электронном и т.п.).
Передача – перенос информации в виде сигнала в пространстве посредством физических сред любой природы. Включается в информационный процесс, если места выполнения других фаз информационного процесса территориально разобщены.
Обработка – любое преобразование информации с целью решения определенных функциональных задач (они определяются потребителем информации). Данная фаза может включать хранение информации как перенос ее во времени.
Представление (если потребителем информации является человек) или воздействие (если потребителем является техническая система). В первом случае выполняется подготовка информации к виду, удобному для потребителя (графики, тексты, диаграммы, таблицы и т.д.). Во втором случае вырабатываются управляющие воздействия на технические средства. Этот случай характерен для выпускников специальности "Автоматизация управления технологическими процессами", а потому здесь не рассматривается
Схематично информационный процесс изображен на рисунке:
Прямоугольниками изображены процедуры (фазы), другие фигуры обозначают объекты. Пунктирные прямоугольники показывают, что эти фазы могут отсутствовать.
Как видно из рисунка, каждая фаза в общем случае преобразует (или отображает) входной сигнал в выходной. Например, при обработке сигнал S3 преобразуется в сигнал S4. Это делается для удобства проведения следующей процедуры или, в последнем случае, для удобства потребителя.
Пример 2. Сформируем схему обращения информации при сдаче студентами сессии:
Сигнал S1 - это ответы студентов на экзаменах, которые анализируются преподавателем и оцениваются, как правило, по пятибалльной системе (фаза Сбор). В результате формируется ведомость сдачи экзамена (сигнал S2), которая секретарем кафедры (или самим преподавателем) передается в деканат того факультета, к которому "приписаны" студенты (фаза Передача). Очевидно, если по дороге не случается фальсификации, сигналы S2 и S3 совпадают. В деканате ведомость попадает методисту, который выполняет ее обработку - заполняет специальный журнал успеваемости, где собираются данные об успеваемости каждого студента за все время обучения в Вузе (фаза Обработка). Можно сказать, что сам журнал (сигнал S4)выполняет функцию хранения информации (на рисунке эта фаза не показана). По окончании срока сессии методист готовит для декана справку о результатах сессии по всем учебным группам студентов: списки неуспевающих, списки студентов, претендующих на стипендию, списки тех, кто может получать повышенную (именную) стипендию и т.д. (фаза Представление). Эта справка и есть сигнал S6, который поступает декану для решения типичных для деканата задач: отчисление студентов, перевод на следующий курс или на другую специальность (другое учебное заведение), восстановление и т.п. Следует отметить, что некоторые фазы, в свою очередь, могут рассматриваться как совокупность последовательных операций, среди которых можно выделить операции, аналогичные рассмотренным фазам. Например, в фазе Обработка, как будет показано далее, имеет место сбор информации. Это говорит о том, что детализация информационных процессов определяется уровнем их рассмотрения с целью последующей автоматизации, т.е. решения соответствующих задач с помощью компьютера.
РЕАЛИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРА
Сбор информации
Эта фаза имеет место в цикле обращения, когда отображение информации от источника выполняет человек. Тогда источник информации называют предметной областью.
Сбор информации – это процесс целенаправленного извлечения и анализа информации о предметной области, в роли которой может выступать тот или иной процесс, объект и т.д. Цель сбора - обеспечение готовности информации к дальнейшему продвижению в информационном процессе. Поскольку эта фаза начинает цикл обращения информации, она очень важна, от качества ее исполнения во многом зависит качество информации, которая будет использоваться потребителем при решении целевых задач информационной технологии.
Данная фаза содержит этапы:
первичное восприятие информации. Здесь осуществляется определение качественных и количественных характеристик предметной области, важных для решаемых потребителем информации задач;
разработка системы классификации и кодирования информации, кодирование классов;
распознавание и кодирование объектов;
регистрация результатов.
Восприятие информации
При восприятии информации техническим устройством выделяются следующие этапы:
первичное восприятие и измерение информации;
анализ информации;
распознавание введенного сигнала.
Передача информации
Схема передачи информации с использованием средств информационной техники представлена на рисунке:
Здесь сокращения означают следующее:
ИС – источник сообщения. Он регистрирует (фиксирует) информацию на каком-либо носителе, в результате чего образуется сигнал. Может выполнять в целом первую фазу обращения информации, а также криптографическое кодирование. В роли ИС могут выступать сканеры, факсимильные аппараты, клавиатуры, компьютеры и т.д.
КИ – кодер источника. Выполняет эффективное кодирование информации в сигнале в случае необходимости. Данный элемент может отсутствовать в схеме.
КК – кодер канала. На него возложены функции помехозащитного кодирования, если передаваемый сигнал подвержен помехам.
У – уплотнитель сигнала. Способствует передаче нескольких сигналов по одной линии связи ЛС. Может отсутствовать в схеме. Уплотнение рассмотрено далее.
М – модулятор сигнала. Изменяет информационные характеристики сигналов-носителей, накладывая на него дискретный сигнал. Модуляция рассмотрена далее.
ЛС – линия связи – физическая среда (например, воздух, электрическое или магнитное поле) и технические средства в ней, который используются для передачи сигнала на расстояние.
ДМ – демодулятор. Выполняет выделение дискретного сигнала из сигнала-носителя. Имеет место в схеме только при наличии модулятора М.
В – устройство выделения уплотненного сигнала. Имеет место в схеме только при наличии уплотнителя У.
ДК – декодер канала. Выявляет и/или исправляет ошибки, допущенные при передаче сигнала по линии связи ЛС. Присутствует в схеме только при наличии кодера канала КК.
ДИ – декодер источника. Декодирует эффективные коды. Присутствует в схеме только при наличии кодера источника КИ.
ПС – получатель сообщения. В его роли может выступать компьютер, принтер, дисплей и т.д.
КС – канал связи.
Технически блоки модулятор (М) и демодулятор (ДМ) реализованы в одном устройстве, которое называется модем (МОдулятор-ДЕМодулятор).
Аналогично блоки кодеров (КИ и КК) и декодеров (ДИ и ДК) реализованы технически в одном устройстве, называемом кодек (КОдер-ДЕКодер).
Блоки уплотнитель У и блок выделения сигнала В образуют мультиплексор.
Обработка информации
Эта фаза в современной информатике выполняется компьютером и часто включает хранение данных с использованием внешней памяти. Вследствие принципа программного управления обработка информации осуществляется в соответствии с программой, предварительно размещенной в памяти компьютера.
Хранение информации
Хранение информации (данных) не является самостоятельной фазой в информационном процессе, а входит в состав фазы обработки.
Различают структурированные данные, в которых отражаются отдельные факты предметной области (это основная форма представления данных в СУБД), и неструктурированные, произвольные по форме, включающие и тексты, и графику, и прочие данные. Эта форма представления данных широко используется, например, в Интернет-технологиях, а сами данные предоставляются пользователю в виде отклика поисковыми системами.
Организация того или иного вида хранения данных (структурированных или неструктурированных) связана с обеспечением доступа к самим данным. Под доступом понимается возможность выделения элемента данных (или множества элементов) среди других элементов по каким-либо признакам с целью выполнения некоторых действий над элементом. При этом под элементом понимается как запись файла (в случае структурированных данных), так и сам файл (в случае неструктурированных данных).
Для данных любого вида доступ осуществляется с помощью специальных данных, которые называются ключевыми (ключами). Для структурированных данных такие ключи входят в состав записей файлов в качестве отдельных полей записей. Для неструктурированных поисковые слова или выражения входят, как правило, в искомый текст. С помощью ключей выполняется идентификация требуемых элементов в информационном массиве (массиве хранения данных).
Контрольные вопросы:
Что такое информационный процесс?
Назовите наиболее обобщенные информационные процессы?
Приведите пример информационного процесса.
Чем отличается сбор от восприятия информации?
Расскажите о стадии хранения информации.
Заполните таблицу:
Получите свидетельство
Вход
Методическое пособие "Сборник лекций по информатике и ИКТ" (1.04 MB)
0
715
71
Нравится
0
