Аспекты и единицы измерения информации
Информатика. Предмет и задачи информатики как науки.
Информатика. Предмет и задачи
Термин «информатика» возник в 60-е годы XX века во Франции
 |
Этот термин распространен во Франции, странах Восточной Европы. В большинстве стран Западной Европы и США используется термин "Computer Science" – наука о средствах вычислительной техники.
Информатика – наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а так же принципы функционирования этих средств и методов управления ими.
Предмет информатики составляют следующие понятия:
· АО (аппаратное обеспечение) средств вычислительной техники;
· ПО (программное обеспечение) средств вычислительной техники;
· средства взаимодействия АО и ПО;
· средства взаимодействия человека с АО и ПО.
Основной задачей информатики является систематизация приемов и методов работы с АО и ПО.
Частные задачи:
· Архитектура вычислительной системы (приемы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных).
· Интерфейсы вычислительной системы (приемы и методы управления АО и ПО).
· Программирование (приемы методы и средства разработки компьютерных программ).
· Преобразование данных (приемы и методы преобразования структуры данных).
· Защита информации (обобщение приемов, разработка методов и средств защиты данных).
· Автоматизация (функционирование АО и ПО без человека).
· Стандартизация (обеспечение совместимости между АО и ПО, а так же между форматами представления данных).
2. Основные объекты предмета Информатика.
Предмет информатики составляют следующие понятия:
· АО (аппаратное обеспечение) средств вычислительной техники;
· ПО (программное обеспечение) средств вычислительной техники;
· средства взаимодействия АО и ПО;
· средства взаимодействия человека с АО и ПО.
Понятие интерфейса. Типы интерфейсов.
Методы и средства взаимодействия человека с АО (аппаратное обеспечение) и ПО (программное обеспечение) называются пользовательским интерфейсом.
Аппаратный интерфейс – взаимодействие аппаратных средств между собой.
Программный интерфейс – взаимодействие между собой различных программ.
Аппаратно-программный интерфейс – взаимодействие между АО и ПО.
Информационные революции.
В истории развития цивилизаций произошло несколько информационных революций.
Информационная революция – преобразование общества из-за кардинальных изменений в сфере обработки информации.
Первая информационная революция связана с изобретением письменности и счета. До появления письменности информация, накопленный опыт передавались при непосредственном общении от одного человека к другому. Человек являлся "источником" и "носителем" информации. По-видимому, устное народное творчество, вылившееся в стихи, баллады, песни было необходимо для того, чтобы знания передавались без искажений. С появлением письменности носителем информации стала книга. Это позволило передавать информацию без искажений. Сроки хранения зафиксированной (записанной) информации увеличились в сотни раз. Однако воспользоваться письменным способом хранения и передачи информации могли немногие (книги хранились в монастырях и библиотеках).
Появление счета позволило начать обработку информации. Вначале для ускорения вычислений использовались счеты, затем – механические калькуляторы. С середины ХХ века началась эпоха ЭВМ.
Вторая информационная революция (середина XV века) вызвана изобретением книгопечатания, которое радикально изменило индустриальное общество, культуру и науку.
Книгопечатание – комплекс производственных процессов по изготовлению печатной книги с наборной формы.
Первые опыты книгопечатания относятся к началу второго тысячелетия (Китай, 1041-48гг., Пи Шэн). В Европе книгопечатание возникло в середине XV века. Иоганн Гуттенберг изобрел литеры. Его первая книга вышла в 1438 году. Высшим достижением Гуттенберга стала печать библии – 165 экземпляров. В Москве первая книга " Апостол" была напечатана в 1564 году в типографии Ивана Федорова.
Результатом второй информационной революции стало появление возможности тиражирования знаний, так как книги уже могли приобретать состоятельные люди. В настоящее время некоторые книги издаются миллионными тиражами, т.е. распространение информации стало носить массовый характер. Сейчас подготовить книгу к изданию может любой человек. Однако, в результате этого появилось много книг и статей низкого качества, необходимую (новую, достоверную и др.) информацию стало труднее найти.
Третья информационная революция связана с изобретением электричества, благодаря которому появились:
§телеграф (изобретатель Эдисон Т.А.);
§телефон (изобретатель А.Белл);
§радио (изобретатель А.С.Попов, А.Маркони).
Эти технологии позволяли оперативно передавать информацию на огромные расстояния и, практически, в любом объеме.
Изобретатель телефона А.Белл дожил до преклонных лет. Однажды его спросили, какое из изобретений XIX века он считает самым выдающимся. Немного подумав, Белл назвал телеграф. "Но почему?" – изумился корреспондент. "Телеграф учит нас, что за каждое сказанное слово рано или поздно приходится платить" – невозмутимо ответил изобретатель.
Четвертая информационная революция (70-е годы ХХ века) связана с изобретением микропроцессора (Эдвард Хофф, 1971) и появлением персональных компьютеров. До изобретения компьютера "носителем" информации была книга. Теперь же основной, постоянно возрастающий объем информации хранится в электронном виде, воспроизводится при помощи компьютеров. Вначале это были перфокарты, затем бумажные и магнитные ленты, дискеты. В последние годы основной объем информации записывается на магнитные диски, CD-ROM и DVD-ROM, электронные карты памяти, флеш-карты. Достоинством электронных носителей информации является то, что они очень компактны. Например, на одном диске CD–ROM, имеющем объем 650 Мб, можно хранить 30 томов книг по 500 страниц. Еще одним достоинством электронных носителей является огромная скорость обработки, передачи и поиска информации. Однако, непосредственно с электронной информацией человек взаимодействовать не может. Чтобы понять, что, например, написано на диске CD-ROM, необходим компьютер с соответствующим аппаратным и программным обеспечением. Иван Грозный, герой фильма "Иван Васильевич меняет профессию" мог бы долго обследовать такой диск, но так и не догадался бы, что это носитель информации.
Последняя информационная революция выдвигает новую отрасль – информационную индустрию, связанную с производством технических средств, методов, технологий для производства знаний.
5. История электрических и электронных устройств, составляющие основу вычислительных машин.
Механические счётные устройства.
История вычислительных устройств начинается с того самого момента, когда человек научился считать. Первоначально себе в помощь он призвал подручные материалы: камешки, палочки, косточки и т.п. Затем, по мере усложнения вычислений, появилась необходимость упорядоченно раскладывать те же самые камешки. Так появились специальные доски, на которых раскладывались предметы для счета. Именно так появился АБАК. Первое упоминание об этом приспособлении относится ко 2 веку до нашей эры. В дальнейшем именно от АБАКа произошли русские счеты, с успехом применявшиеся до середины XX века.
· В 1642 году Блез Паскаль изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел
· В 1673 году Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий механически выполнять четыре арифметических действия.
· В первой половине XIX века английский математик Чарльз Бэббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство — Аналитическую машину, которая должна была выполнять вычисления без участия человека.
6. Понятия: информация, данные, метод? Привести примеры (не из лекций)
Однозначного определения термина "информация" не существует; есть множество вариантов, приведем некоторые из них.
Определение 1. Информация есть форма движения материи.
Определение 2. Информация - одна из трех составляющих основ мироздания наряду с материей и энергией.
Определение 3. Информация есть отражение реального мира, это сведения, которые один реальный объект содержит о другом реальном объекте.
Согласно последнему определению, понятие информации связывается с определенным объектом, свойства которого она отражает.
Информация о любом материальном объекте может быть получена путем наблюдения за этим объектом, вычислительного эксперимента над ним или путем логического вывода. В связи с этим информацию делят на доопытную, или априорную, и послеопытную, или апостериорную, полученную в результате проведенного эксперимента.
Информация передается с помощью сообщений. Под сообщением будем понимать различные средства общения людей.
Соответствие между сообщением и информацией не является взаимно однозначным. Для одной и той же информации могут существовать различные передающие ее сообщения. Сообщения, передающие одну и ту же информацию, образуют класс эквивалентных сообщений. Класс эквивалентных сообщений может расширяться добавлением нового сообщения, не несущего никакой дополнительной информации.
В то же время одно и то же сообщение может передавать совершенно различную информацию.
Таким образом, одно и то же сообщение, по-разному интерпретированное, может передавать разную информацию. Правило интерпретации может быть известно лишь ограниченному кругу лиц; существуют правила интерпретации для специальных языков.
Связь между сообщением и информацией особенно отчетлива в криптографии: никто посторонний не должен суметь извлечь информацию из передаваемого сообщения, иначе это означало бы, что он располагает "ключом".
В житейском смысле под информацией мы понимаем совокупность интересующих нас сведений, знаний, набор данных и т. д. Информация не может существовать без наличия источника и потребителя информации. Основной источник и потребитель информации - это человек, поэтому можно сказать, что существует столько видов информации, сколько органов чувств у человека.
Информацию можно отнести к абстрактным понятиям. Однако ряд ее особенностей приближает информацию к материальному миру. Информацию можно получить, записать, передать, продать, купить, своровать, уничтожить, в конце концов, информация может устареть.
До настоящего времени не существует единого мнения, что такое информация. Так, С.А.Христочевский (2001) считает, что для человека существенно прежде всего содержание, смысл сообщения, сигнала, а для ПК смысловой аспект безразличен. В связи с этим смысловой аспект сообщения – это и есть информация. Все технические системы имеют дело с данными, представленными в том виде, который реализован аппаратными и программными средствами этих систем. Следовательно, при взаимодействии человека с техническими системами необходимо обеспечить преобразование (трансформацию) информация – данные, данные – информация.
Иными словами, можно сказать, что в ПК информация всегда представляется с помощью данных, кодирующих ее по какому-то правилу. В процессе решения задачи нужно обязательно иметь в виду следующие этапы преобразований:
· исходная информация – данные;
· данные – данные (то есть обработка данных по какому-то алгоритму);
· данные – выходная информация.
Совершенно иной взгляд на информацию предлагает С.В.Симонович (2000). По его мнению информация – продукт взаимодействия данных и адекватных методов. Из этого следует:
1. Информация – динамический объект. Она существует только в момент взаимодействия данных и методов. Все прочее время она пребывает в состоянии данных. Следовательно, информация существует только в момент протекания информационного процесса. Все остальное время она содержится в виде данных.
2. Одни и те же данные в момент потребления могут поставлять разную информацию в зависимости от степени адекватности взаимодействующих с ними методов.
Пример. Для человека, не владеющего китайским языком, письмо из Пекина дает минимум информации. Использование адекватных методов – максимум информации.
3. Данные являются объективными, поскольку это результат регистрации объективно существующих сигналов. В то же время методы являются субъективными.
В основе искусственных методов лежат алгоритмы. В основе естественных методов лежат биологические свойства субъектов информационного процесса. Следовательно, информация возникает и существует в момент диалектического взаимодействия объективных данных и субъективных методов.
По мнению А.Н.Макаровой (1998) наряду с информацией в информатике используется термин «данные».
Данные – признаки или записанные наблюдения, которые какой-то причине не используются, а только хранятся. Как только данные начинают использоваться для уменьшения неопределенности появляется информация.
Пример: продаются диски с базами данных: номера телефонов, фамилии их владельцев пр. – это данные. Если нужно найти конкретный номер телефона конкретного человека – обращаемся в базу и находим нужное. Это – информация.
Аспекты и единицы измерения информации.
При оценке информации различают три аспекта: синтаксический, семантический и прагматический.
Синтаксический аспект связан со способом представления информации вне зависимости от ее смысловых и потребительских качеств и рассматривает формы представления информации для ее передачи и хранения (в виде знаков и символов). Данный аспект необходим для измерения информации. Информацию, рассмотренную только в синтаксическом аспекте, называют данными.
Семантический аспект передает смысловое содержание информации и соотносит ее с ранее имевшейся информацией.
Sп - тезаурусная мера получателя; Ic - семантическое количество информации.
Прагматический аспект передает возможность достижения цели с учетом полученной информации.
где P0 - вероятность достижения цели до получения информации; P1 - вероятность достижения цели после получения информации; Iп - прагматическое количество информации; а > 1.
Виды информации:
1. Научная информация (наиболее полно отражает объективные закономерности природы, общества и мышления);
2. Информация управления:
а) производственная, связанная с управлением людьми;
б) техническая, связанная с управлением техническими объектами.
Также классификация информации может производиться по областям применения:
а) политическая;
б) техническая;
в) педагогическая;
г) физическая;
д) экономическая и др.;
2. По назначению:
а) массовая;
б) специальная.
Для измерения информации используются два параметра
· объем данных;
· количество информации.
В чем различие этих мер? Объем данных оперирует с обезличенной информацией, не выражающей смыслового отношения к объекту.
Количество информации отражает меру смыслового содержания информации.
Объем данныхв сообщении измеряется количеством символов (разрядов). В двоичной системе счисления единица измерения – bit (бит).
Для измерения объема данных эту единицу предложил Клод Шэннон.
Бит – наименьшая единица объема данных в двоичном коде.
Термин bit– это аббревиатура, состоящая из двух английских слов (binary digit) – двоичная цифра.
Идея использования лишь двух символов для кодирования информации стара, как мир. Барабаны африканских бушменов передают сообщения в виде комбинации звонких и глухих ударов. Азбука Морзе также представляет собой пример двухсимвольного кодирования информации (точки и тире).
Двоичное представление чисел – не единственная альтернатива десятичной системе счисления. Древняя вавилонская арифметика основана на числе 60, а в привычках и языке англосаксов мы обнаруживаем следы двенадцатеричной системы счисления, которая когда-то господствовала на Британских островах: 12 месяцев, два 12 часовых периода в сутках. Но победила десятичная система.
Процедура отображения - преобразование информации в вид, удобный для восприятия человеком.
Практически всегда основой кодирования чисел в современной ЭВМ является двоичная система счисления.