Лекции по "Информатике"
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 31 Мая 2013 в 06:58, курс лекций
Описание работы
В данной работе изложены 5 лекций.
Файлы: 9 файлов
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
1
УГАТУ
Кафедра
информатики
ЛЕКЦИИ ПО ИНФОРМАТИКЕ
Составители:
доценты кафедры Информатика
Карчевская Маргарита Петровна
Рамбургер Ольга Леонардовна
Для студентов факультета АТС
групп МХ, ММ, СМ, ФМ, АТП, ТМ, ВТ
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
2
УГАТУ
Кафедра
информатики
Преподаватель
Рамбургер Ольга Леонардовна
Телефон: 8 908 357 68 21
E-mail: ramburger@mail.ru
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
3
УГАТУ
Кафедра
информатики
Курс «Информатика» относится к циклу
общих математических и
естественнонаучных дисциплин и
совместно с ними составляет основу
подготовки инженеров, без которой
невозможна успешная деятельность
специалистов любого профиля.
УГАТУ
Кафедра
информатики
Тема 1
• Дисциплина Информатика
• Понятие информации
• Измерение информации
• Классификация информации по
формам, видам, признакам
• Свойства информации
• Этапы обработки информации
в информационных системах
• Кодирование информации
УГАТУ
Кафедра
информатики
Раздел 1: Дисциплина информатика
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
6
УГАТУ
Кафедра
информатики
Предыстория информатики
Задачи накопления (хранения), обработки и передачи
информации стояли перед человечеством на всех
этапах его развития.
Каждому этапу соответствовал определенный
уровень развития средств информационного труда,
прогресс развития которых всякий раз придавал
человеческому обществу новое качество.
Долгое время средства хранения, обработки и
передачи информации развивались отдельно по
трем направлениям:
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
7
УГАТУ
Кафедра
информатики
Предыстория информатики
Пальцы
Абак (счеты)
Таблицы
логарифмов (XVII в)
Логарифмическая
линейка
Машина Паскаля
(1645)
Арифмометр
Микрокалькулятор
Речь
Почта
Костровая связь
Оптический
телеграф (1794 г)
Электрический
телеграф (1832 г)
Телефон (1876)
Радио (1895)
Телевидение
Наскальные
изображения (20-25 тыс
лет назад)
Пергаментные свитки
(2 в до н.э.)
Бумага (2 в н.э.)
Книгопечатание (XV в)
Фотография (1839 г)
Кино (1895 г.)
Магнитофон
Видеомагнитофон
Обработка
информации
Передача
информации
Хранение
информации
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
8
УГАТУ
Кафедра
информатики
Предыстория информатики
Долгое время основными инструментами для
передачи и обработки информации были мозг, язык
и слух человека.
Первое кардинальное изменение – изобретение
письменности (3 тыс до н.э.), следующее –
книгопечатание (XV в).
Эти два этапа создали принципиально новую
технологию накопления (хранения) и
распространения (передачи) информации.
Изобретение электричества (XIX в) позволило
оперативно передавать и накапливать информацию
в любом объеме (телеграф, телефон, радио).
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
9
УГАТУ
Кафедра
информатики
Предыстория информатики
Бурное развитие науки и промышленности XX в, рост
объемов поступающей информации поставили перед
человеком новую задачу: автоматизировать
обработку информации.
В 1945 – 46 г.г П. Экерт и Дж. Моучли построили первую
цифровую вычислительную машину «ЭНИАК», Дж.
фон Нейман описал принципы работы
автоматических вычислительных устройств, а в 1948
г. К. Шеннон изложил математические принципы
кодирования и передачи информации в работе
«Математическая теория связи».
Эти идеи и составили основу нового научного
направления - информатика.
УГАТУ
Кафедра
информатики
Развитие средств передачи информации
Информатика
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
11
УГАТУ
Кафедра
информатики
Информатика
Слово «Информатика» появилось в 60-х годах, как
перевод французского термина (Informatique),
который образован путем слияния французских слов
информация (Informacion) и автоматика
(Automatique) и означает «Информационная
автоматика» или «Автоматизированная переработка
информации».
Кроме Франции этот термин используется в ряде стран
Восточной Европы. В большинстве стран Западной
Европы и США используется термин – Computer
Science (наука о средствах вычислительной
техники).
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
12
УГАТУ
Кафедра
информатики
Информатика
Информатика – комплексная научно-техническая
дисциплина, занимающаяся:
- изучением структуры и общих свойств
информации, информационных процессов,
разработкой на этой основе информационной
техники и технологий;
- решением научных и инженерных проблем
создания, внедрения и эффективного
использования компьютерной техники и
технологий во всех сферах общественной
практики.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
13
УГАТУ
Кафедра
информатики
Информатика
Ядро современной информатики образуют три
составные части, каждая из которых может
рассматриваться как относительно
самостоятельная научная дисциплина:
Теоретическая информатика – раздел
занимается:
• изучением структуры и общих свойств
информации и информационных процессов;
• разработкой общих принципов построения
информационной техники и технологий.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
14
УГАТУ
Кафедра
информатики
Теоретическая информация
Основные разделы:
• теория алгоритмов и автоматов;
• теория информации;
• теория кодирования;
• математическая логика;
• теория формальных языков и грамматик;
• исследование операций и др.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
15
УГАТУ
Кафедра
информатики
Информатика
Средства информатизации (технические и
программные) – раздел занимается:
• изучением общих принципов построения
вычислительных устройств и систем обработки,
передачи, хранения и представления
информации;
• разработкой систем программного обеспечения
(системного, инструментария технологий
программирования, а также пакетов прикладных
программ).
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
16
УГАТУ
Кафедра
информатики
Средства информатизации
Технические:
• средства обработки информации;
• средства передачи информации;
• средства хранения информации;
• средства представления информации.
Программные:
• системное программное обеспечение.
• инструментарий технологии программирования.
• пакеты прикладных программ.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
17
УГАТУ
Кафедра
информатики
Информатика
Информационные системы и технологии – раздел
занимается:
• решением вопросов по анализу потоков
информации, их оптимизации, структурировании в
различных сложных системах;
• разработкой принципов реализации в данных
системах информационных процессов.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
18
УГАТУ
Кафедра
информатики
Информационные системы и технологии
• ввод/вывод, сбор, хранение, передача и
обработка данных;
• подготовка текстовых и графических
документов;
• защита информации;
• программирование, проектирование,
моделирование, обучение, диагностика,
управление объектами, процессами, системами
(информационно-справочные, информационно-
поисковые системы, современные глобальные
системы хранения и поиска информации,
включая Интернет и т.д.)
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
19
УГАТУ
Кафедра
информатики
Связь информатики с другими фундаментальными и
прикладными дисциплинами
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
20
УГАТУ
Кафедра
информатики
Информатика
Информационные процессы – передача, обработка
и накопление информации в виде знаков и
сигналов.
Информационные технологии – организация
информационных процессов с использованием
технических средств и устройств.
Новые информационные технологии –
информационные технологии на базе или с
использованием компьютеров и вычислительных
сетей.
УГАТУ
Кафедра
информатики
Раздел 2: Понятие информации
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
22
УГАТУ
Кафедра
информатики
Понятие информации
Понятие информации является
одним из фундаментальных в
современной науке вообще и
базовым для информатики.
Информация наряду с веществом
и энергией является
важнейшей сущностью мира, в
котором мы живем.
Прогресс человечества неизбежно влечет к
увеличению общего объема информации, поэтому
значимость информации по отношению к
остальным категориям мироздания постоянно
возрастает.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
23
УГАТУ
Кафедра
информатики
Понятие информации
Если задаться целью формально определить
понятие «информация», то сделать это будет
чрезвычайно сложно.
В широком смысле информация – это отражение
реального мира; в узком смысле информация – это
любые сведения, являющиеся объектом хранения,
передачи и преобразования.
Информация не является ни материей, ни энергией. В
отличие от них она может возникать и исчезать.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
24
УГАТУ
Кафедра
информатики
Понятие информации
Можно выделить несколько различных подходов к определению
понятия «информация»:
• В бытовом понимании с информацией обычно
ассоциируются некоторые сведения, данные, знания и т.п.
• В философском, информация связана с понятиями
взаимодействие, отражение, познание.
• В кибернетическом, информация используется для
характеристики управляющего сигнала, передаваемого по
линии связи.
• B вероятностном, информация вводится как мера
уменьшения неопределенности, что позволяет ее
количественно измерять.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
25
УГАТУ
Кафедра
информатики
Понятие информации
Особенность информации заключается в том, что
проявляется она только при взаимодействии объектов,
причем обмен информацией может совершаться не
вообще между любыми объектами, а только между теми
из них, которые представляют собой организованную
структуру (систему).
Элементами этой системы могут быть не только люди.
Обмен информацией может происходить в животном,
растительном мире, между живой и неживой природой,
людьми и устройствами.
В связи с этим можно выделить биологическую,
социальную и техническую концепции информации.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
26
УГАТУ
Кафедра
информатики
Биологическая концепция информации
Получение и преобразование информации является
условием жизнедеятельности любого организма. Даже
простейшие одноклеточные организмы постоянно
воспринимают и используют информацию, например, о
температуре и химическом составе среды для выбора
наиболее благоприятных условий существования.
Человек воспринимает окружающий мир (получает
информацию) с помощью органов чувств. Полученная
человеком информация в форме зрительных, слуховых
и других образов хранится в его памяти. А
человеческое мышление можно рассматривать как
процессы обработки информации в мозгу человека.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
27
УГАТУ
Кафедра
информатики
Социальная концепция информации
В процессе общения с другими людьми человек передает
и получает информацию. Обмен информацией между
людьми может осуществляться в различных формах.
Полученная информация хранится на носителях
информации различных типов (книги, электронные
носители информации и др). История человеческого
общества – это, в определенном смысле, история
накопления и преобразования информации.
Весь процесс познания является процессом получения,
преобразования и накопления информации (знаний).
В настоящее время Интернет позволяет обеспечить для
каждого человека потенциальную возможность
быстрого доступа ко огромному объему информации,
накопленной человечеством.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
28
УГАТУ
Кафедра
информатики
Техническая концепция информации
Применительно к компьютерной обработке данных под
информацией понимают некоторую
последовательность символических обозначений
(букв, цифр, закодированных графических образов и
звуков и т.п.), несущих смысловую нагрузку и
представленную в понятном компьютеру виде.
В случаях, когда говорят об автоматизированной работе
с информацией посредством каких-либо технических
устройств, обычно в первую очередь интересуются
не содержанием сообщения, а тем, сколько символов
это сообщение содержит.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
29
УГАТУ
Кафедра
информатики
Понятие информации
Для потребителя информации очень важной характеристикой
является ее адекватность.
Адекватность информации – это определенный уровень
соответствия образа созданного с помощью полученной
информации реальному объекту, процессу, явлению и т.п.
Адекватность информации может выражаться в трех формах
синтаксической, семантической и прагматической.
Синтаксическая форма отображает формально-структурные
характеристики информации и не затрагивает ее смыслового содержания
Семантическая форма определяет степень соответствия образа объекта
и самого объекта. При такой форме учитывается смысловое содержание
информации.
Прагматическая форма отражает отношение информации и ее
потребителя, соответствие информации цели, которая реализуется
потребителем на ее основе.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
30
УГАТУ
Кафедра
информатики
Понятие информации
Наиболее распространенной формой представления
информации является сообщение.
Любое информационное сообщение обязательно
связано с источником информации, получателем
информации и каналом передачи сообщения (в
технике – это совокупность технических устройств,
в природе – среда распространения).
Сообщение – форма представления
информации в виде совокупности знаков
(символов), используемая для передачи.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
31
УГАТУ
Кафедра
информатики
Понятие информации
Обмен информацией происходит по каналам
передачи сообщений в материально-
энергетической форме посредством сигнала.
Сигнал есть материальный носитель информации,
средство перенесения информации во времени и
пространстве.
Сигнал [signal] - знак, физический процесс или
явление, несущие информацию.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
32
УГАТУ
Кафедра
информатики
Канал передачи
сообщений
Понятие информации
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
33
УГАТУ
Кафедра
информатики
Понятие информации
Сигналом может быть предмет, символ, физический или
химический процесс, явление, т.е. информацию может
переносить любая материальная структура или поток
энергии.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
34
УГАТУ
Кафедра
информатики
Понятие информации
Один и тот же объект может выступать в качестве
разных сигналов: колебания воздуха могут нести
звуки музыки, речь лектора или шум самолета.
Следовательно, в качестве сигналов используются
не сами объекты, а их состояния.
Посторонние воздействия, нарушающие эти состояния,
называются помехами или шумами.
Условия, обеспечивающие установление сигнального
соответствия состояний и способствующие их
сохранению, называются кодом.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
35
УГАТУ
Кафедра
информатики
Понятие информации
Совокупность технических средств для передачи
сообщений от источника к получателю информации
называется системой связи.
Источник
сообщений
Передатчик
(кодер)
Канал
связи
Приемник
(декодер)
Получатель
сообщений
Сообщение
Сигнал
Принятый
сигнал
Принятое
сообщение
Источник
шума
(помехи)
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
36
УГАТУ
Кафедра
информатики
Понятие информации
Источник сообщений – создает сообщение или
последовательность сообщений, которые должны быть
переданы.
Передатчик (кодер) – перерабатывает сообщение в сигналы,
которые определенны характеристиками используемого
канала связи.
Канал связи – совокупность технических устройств,
обеспечивающих передачу сигнала от источника к
приемнику. Это аппаратура, осуществляющая
сопряжение выходного (передатчика) и входного
(приемника) сигналов с линией связи, а также сама
линия связи.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
37
УГАТУ
Кафедра
информатики
Понятие информации
Линия связи – любая физическая среда: пара проводов,
коаксиальный кабель, область распространения
радиоволн (воздух), световод, СD-диск и т.д.
Приемник (декодер) – восстанавливает сообщение по
сигналам. Сложность приемника обусловлена изменением
формы принимаемых сигналов за счет источника шума
(помех).
Получатель – это лицо или аппарат, для которого
предназначено сообщение/
Помехи – любые мешающие возмущения, как внешние
(атмосферные), так и внутренние (сама аппаратура
связи), которые вызывают случайные отклонения
принятых сигналов от переданных.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
38
УГАТУ
Кафедра
информатики
Сигналы
Для образования сигналов могут использоваться объекты,
состояния которых достаточно устойчивы по отношению к
течению времени или к изменению положения в
пространстве. С этой точки зрения сигналы делятся на
статические и динамические.
Статические – сигналы, являющиеся стабильными
состояниями физических объектов (книга, фотография,
запись на диске, состояние памяти компьютера и т.п.)
используются преимущественно для хранения
информации.
Динамические – состояния силовых полей (звуки, световые
и радиосигналы и т.п.) используются преимущественно
для передачи информации.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
39
УГАТУ
Кафедра
информатики
Сигналы
Сигналы также делятся на:
- непрерывные (аналоговые) сигналы, который могут
принимать любое значение в пределах некоторого
интервала (речь, музыка);
- дискретные (цифровые) сигналы, которые могут принимать
конечное число значений в пределах некоторого интервала
(текст в книге – дискретная последовательность отдельных
букв).
В соответствии с типами сигналов различают дискретное и
непрерывное соообщение, дискретную и непрерывную
информацию.
Преобразование непрерывного сигнала в дискретный
называется дискретизацией.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
40
УГАТУ
Кафедра
информатики
Сигналы
Дискретизация с математической точки зрения означает
замену непрерывной функции Z(t), описывающей сигнал
аналоговой формы на некотором временном интервале
[t
1
,t
2
], конечным множеством {z
i
, t
i
}, i = 0,.., n,
где n – количество точек разбиения временного интервала.
Увеличивая количество точек
разбиения временного
интервала n можно
значительно повысить
точность представления
аналогового сигнала.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
41
УГАТУ
Кафедра
информатики
Информация и данные
Получатель информации – это субъект или объект,
принимающий сообщение и способный правильно его
интерпретировать.
Получатель информации не равен получателю сообщения
(слышу речь на японском – я получатель сообщения, но
не информации).
Получатель информации лишь фиксирует сигналы. На этом
этапе – зарегистрированные сигналы являются данными.
Данные несут в себе информацию о событиях,
произошедших в материальном мире, поскольку они
являются регистрацией сигналов, возникших в
результате этих событий.
Однако данные не тождественны информации.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
42
УГАТУ
Кафедра
информатики
Информация и данные
Следует различать понятия информация и данные.
Данные являются формой представления
информации. Однако не всегда данные несут в
себе информацию.
Для того чтобы данные стали информацией,
требуется, как правило, множество
взаимосвязанных методов, с помощью которых
данные воспроизводятся: естественными,
аппаратными или программными.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
43
УГАТУ
Кафедра
информатики
Информация и данные
Естественные методы – это методы, основанные на
органах чувств человека, а также его логическое
мышление, воображение, сравнение,
сопоставление, анализ, прогнозирование.
Аппаратные методы – это всегда устройства
(приборы), преобразующие данные из формы,
недоступной для естественных методов человека, в
форму, доступную для них.
Программные методы – это обработка данных с
помощью компьютера.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
44
УГАТУ
Кафедра
информатики
Информация и данные
Таким образом, информация – это продукт
взаимодействия данных и адекватных им методов.
Поэтому содержательная часть информации зависит не
только от того, какие сигналы были зарегистрированы,
но и от того, какими методами данные воспроизводятся
Пример. Наблюдая за состязаниями бегунов, мы с помощью
механического секундомера регистрируем начальное и конечное
положение стрелки прибора - это регистрация данных. Однако, чтобы
получить информацию о времени преодоления дистанции надо
применить к полученным данным метод пересчёта одной физической
величины в другую. Надо знать цену деления шкалы секундомера и
надо также знать, что надо умножить цену деления прибора на
величину перемещения стрелки и уметь выполнить умножение.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
45
УГАТУ
Кафедра
информатики
Энтропийный подход к понятию информации
Если предположить, что приемнику информации мало
известно о некоторой системе, то любое сообщение
об этой системе, снимает какую-то часть незнания о
ней. То, насколько мало известно наблюдателю о
данной системе, в кибернетике связано с понятием
энтропии или неопределенности состояния системы.
Тогда под информацией понимается количественная
величина исчезнувшей неопределенности в
результате получения сообщения об исходе какого-
либо события (испытания, измерения, процесса,
состояния), происходящего в системе.
Таким образом, факт получения информации всегда
связан с уменьшением энтропии системы.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
46
УГАТУ
Кафедра
информатики
Раздел 3. Измерение информации
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
47
УГАТУ
Кафедра
информатики
Измерение информации
С точки зрения науки (семиотики), занимающейся
исследованием свойств знаков и знаковых систем,
сообщение можно изучать на трех уровнях:
• Синтаксическом.
Сообщение рассматривается как совокупность
знаков. При этом полностью абстрагируются от смыслового
содержания сообщения, и информацию называют данными.
• Семантическом.
В сообщении рассматриваются смысловые
связи, формируются понятия и представления, выявляется смысл,
содержание информации.
• Прагматическом.
На этом уровне рассматривается, насколько
сообщение важно для принятия решения, при этом учитывается
своевременность его доставки и использования
Для каждого из рассматриваемых уровней передачи
информации существуют свои подходы к измерению
количества информации и свои меры информации.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
48
УГАТУ
Кафедра
информатики
Измерение информации
на синтаксическом уровне
Существует два подхода к измерению информации на
синтаксическом уровне:
- энтропийный (количественный) основан на том, что
информация – это снятая неопределенность, а
именно, если до получения сообщения приемнику
информации мало известно о некоторой системе, то
любое сообщение об этой системе, снимает какую-то
часть незнания о ней;
- алфавитный (объемный) исходит из того, что любое
сообщение можно представить конечной
последовательностью символов некоторого
алфавита .
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
49
УГАТУ
Кафедра
информатики
Энтропийный подход к измерению информации
I = Hapr – Haps,
где
Hapr
– априорная энтропия о состоянии системы
(до получения сообщения);
Haps
– апостериорная энтропия о состоянии
системы (после получения сообщения)
Количественную оценку информации как исчезнувшей
неопределенности можно выразить формулой:
Поскольку энтропия – это числовая характеристика,
отражающая ту степень неопределенности, которая
исчезает после получения информации, то энтропия
является количественной мерой информации.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
50
УГАТУ
Кафедра
информатики
Энтропийный подход к измерению информации
В случае, когда после получения сообщения,
имеющаяся неопределенность снята полностью
(получен конкретный результат, т.е. Haps = 0),
количество полученной информации совпадает с
первоначальной энтропией:
I = Hapr.
В дальнейшем будет рассматриваться случай, когда
Haps = 0
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
51
УГАТУ
Кафедра
информатики
Энтропийный подход к измерению информации
В 1948 г. американский инженер и математик К. Шеннон
предложил формулу для расчета энтропии системы,
которая имеет N возможных неравновероятных
состояний:
,
log
1
i
N
i
i
apr
p
p
H
∑
=
−
=
где
p
i
– вероятность того, что система находится
в i-м состоянии;
N – число всевозможных состояний системы.
Поскольку энтропия является количественной мерой
информации, то количество информации I для случая
неравновероятных состояний системы можно
вычислить по формуле Шеннона.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
52
УГАТУ
Кафедра
информатики
Энтропийный подход к измерению информации
,
log
1
i
N
i
i
p
p
I
∑
=
−
=
или
i
N
i
i
p
p
I
1
log
1
∑
=
=
Формула Шеннона для вычисления количества
информации в случае неравновероятных
состояний системы:
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
53
УГАТУ
Кафедра
информатики
Энтропийный подход к измерению информации
Если все состояния системы равновероятны, т.е.
.
N
p
p
i
1
=
=
то получим
(
)
N
N
N
N
N
N
N
p
p
I
i
N
i
i
log
log
1
log
1
1
log
1
log
1
=
−
⋅
−
=
⋅
−
=
−
=
∑
=
т.е.
N
I log
=
где N – число возможных состояний системы.
Эта формула используется для расчета количества
информации в случае равновероятных состояний системы
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
54
УГАТУ
Кафедра
информатики
Эту же формулу для расчета количества
информации в случае равновероятных событий
предложил американский математик Р. Хартли
в 1928 году. Поэтому формулу
называют формулой Хартли.
Энтропийный подход к измерению информации
.
N
I log
=
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
55
УГАТУ
Кафедра
информатики
Единицы измерения информации
За единицу измерения информации
примем такое количество снятой
неопределенности, что
1,
log
1
=
−
=
∑
=
i
N
i
i
p
p
I
В предыдущих формулах нигде не указывалось
основание логарифма. Для определения единицы
измерения информации необходимо конкретизировать
число состояний системы N и основание логарифма.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
56
УГАТУ
Кафедра
информатики
Единицы измерения информации
Если взять число состояний системы N = 2, а в качестве
основания логарифма взять 2, тогда получается
,1
log
log
log
2
2
2
1
2
1
2
1
=
−
−
=
−
=
∑
=
p
p
p
p
p
p
I
i
i
i
Это равенство справедливо, если
, т.е.
события равновероятны).
2
1
2
1
=
= p
p
Следовательно, за единицу измерения информации можно
взять то количество информации, которое снимает
неопределенность (понижает значение энтропии) в
случае равновероятных состояний системы ровно в два
раза. Эта единица получила название бит.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
57
УГАТУ
Кафедра
информатики
Измерение количества информации
Пример. Пусть нам нужно передать информацию об
исходе бросания монеты. До момента бросания
монеты имеется неопределенность исхода данного
события, при этом потенциально возможны два
варианта равновероятных исходов бросания.
Вероятность каждого события р
1
=р
2
=0,5.
Любое из двух сообщений о результате бросания монеты
уменьшает неопределенность ровно в два раза.
Это и есть количество информации в 1 бит.
Действительно, согласно формуле Хартли
I
= log
2
2 = 1 бит
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
58
УГАТУ
Кафедра
информатики
Измерение количества информации
Пример. Сколько бит информации будет получено при бросании
пирамидки (четыре грани N = 4) и кубика (шесть граней N = 6),
при условии, что пирамидка и кубик симметричны и однородны,
т.е. исходы N событий для них равновероятны.
Решение. Согласно формуле Хартли:
Если N является целой степенью двойки, то расчеты производятся
достаточно просто, в противном случае для вычисления
логарифма следует применять таблицы Брадиса, и количество
информации не будет целым числом.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
59
УГАТУ
Кафедра
информатики
Измерение количества информации
Если известно, что интересующее нас событие обязательно
должно произойти (произойдет с вероятностью 1), то
сообщение о том, что это событие произошло, не несет
никакой информации, и количество информации равно
нулю . Например, сообщение о том, что после красного
сигнала светофора загорится желтый, не несет никакой
информации.
Пример. Известно, что в пруду, в основном, водятся караси,
то вероятность поймать именно карася будет больше, чем
вероятность поймать какую-либо другую рыбу. Тогда
количество информации в сообщении о том, что рыбак
поймал карася, будет меньше, чем о том, что рыбак
поймал щуку.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
60
УГАТУ
Кафедра
информатики
Измерение количества информации
Чем меньше вероятность некоторого
события, тем больше информации
содержит сообщение об этом событии.
Качественную связь между вероятностью
некоторого события и количеством
информации в сообщении об этом событии
можно выразить так:
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
61
УГАТУ
Кафедра
информатики
Алфавитный подход к измерению информации
При алфавитном (объемном) подходе к измерению
информации сообщение рассматривается как
дискретная последовательность символов
некоторого алфавита. Смысл информации,
заключенный в сообщении, также как и при
энтропийном подходе не имеет значения, поэтому в
этом случае также говорят о синтаксической мере
информации.
Алфавит – некоторое конечное множество символов
{ a
1
, a
2
, …, a
N
}, используемых при записи сообщений.
Мощность алфавита – количество всех возможных
символов N в данном алфавите.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
62
УГАТУ
Кафедра
информатики
Алфавитный подход к измерению информации
Бит с точки зрения алфавитного подхода к измерению
информации – это минимально возможное количество
информации, содержащееся в сообщении из одного
символа, записанного с помощью двухсимвольного
алфавита.
Основная единица измерения объема информации – бит.
Если считать, что все символы появляются в тексте с
равной вероятностью, то информационный вес
каждого символа в битах для алфавита мощностью
N можно сосчитать по формуле Хартли
.
N
I
2
log
=
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
63
УГАТУ
Кафедра
информатики
Алфавитный подход к измерению информации
Например,
• в 2-х символьном алфавите каждый символ несет
1 бит (log
2
2=1) информации;
• в 4-х символьном алфавите – 2 бита информации
(log
2
4=2);
• в 8-ми символьном – 3 бита (log
2
8=3) и т.д.
Информационный объем сообщения
I
можно найти,
перемножив количество символов k в сообщении на
информационный вес
i
одного символа:
ik
I ⋅
=
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
64
УГАТУ
Кафедра
информатики
Алфавитный подход к измерению информации
В компьютерной технике информация представляется
в двоичной форме (с использованием алфавита,
состоящего из двух знаков 0 и 1), поэтому за единицу
измерения и объема и количества информации
принимается бит (bit – binary digit – двоичный
разряд).
Таким образом, с точки зрения алфавитного подхода
применительно к компьютерной технике, бит – это
минимальная единица измерения, представленная в
компьютере двоичным знаком.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
65
УГАТУ
Кафедра
информатики
Алфавитный подход к измерению информации
Один символ из алфавита мощностью 256 символов
имеет вес равный log
2
256 = 8 бит, что соответствует
единице измерения информации, названной байт.
1 байт = 8 бит = 2
3
бит.
Алфавит мощностью 256 символов используется для
представления текстов в компьютере и поэтому
чаще называется компьютерным алфавитом. При
этом делаются допущения, что каждый символ
встречается в тексте с равной вероятностью.
Байт в компьютерной технике является наименьшей
адресуемой единицей .
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
66
УГАТУ
Кафедра
информатики
Измерение объема информации
Пример. Измерить информационный объем сообщения
«Я очень люблю информатику!», записанного с
помощью 256-ти символьного алфавита. Считаем, что
символы появлятся в тексте с равной вероятностью
Решение. Информационный вес каждого символа равен
8 бит или 1 байт.
Всего в сообщении 26 символов с учетом пробела.
Информационный объем сообщения равен 26 байт.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
67
УГАТУ
Кафедра
информатики
Единицы измерения объема информации
Для измерения объема хранимой (или передаваемой)
информации байт является слишкой малой единицей. В
этом случае используются более крупные единицы
измерения информации
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
68
УГАТУ
Кафедра
информатики
Соотношение единиц измерения объема информации
Единицы измерения объема информации
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
69
УГАТУ
Кафедра
информатики
Семантическая мера измерения информации
Для измерения смыслового содержания информации, т.е.
ее количества на семантическом уровне, наибольшее
признание получила тезаурусная мера, которая
связывает семантические свойства информации со
способностью пользователя принимать поступившее
сообщение.
Для этого используют понятие тезауруса – совокупности
сведений, которыми располагает пользователь или
система.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
70
УГАТУ
Кафедра
информатики
Семантическая мера измерения информации
Количество семантической информации Ic,
воспринимаемой пользователем и включаемой им в
дальнейшем в свой тезаурус, изменяется в зависимости
от соотношения между смысловым содержанием
информации S и тезаурусом пользователя Sp.
Два предельных случая, когда количество семантической
информации Ic равно 0:
- при Sp = 0 пользователь не воспринимает, не понимает
поступающую информацию;
- при Sp →∞ пользователь все знает, и поступающая
информация ему не нужна.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
71
УГАТУ
Кафедра
информатики
Семантическая мера измерения информации
Максимальное количество информации Ic потребитель
приобретает при согласовании ее смыслового
содержания S со своим тезаурусом Sp, когда
поступающая информация понятна пользователю и
несет ему ранее неизвестные (отсутствующее в
тезаурусе) сведения.
Следовательно, мера новых знаний, получаемых
пользователем, является величиной относительной.
Одно и то же сообщение может иметь смысловое
содержание для компетентного пользователя и быть
бессмысленным для пользователя некомпетентного.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
72
УГАТУ
Кафедра
информатики
Прагматическая мера измерения информации
Прагматическая мера определяет полезность информации
(ценность) для достижения пользователем
поставленной цели. Эта мера также величина
относительная, обусловленная тем как эта информация
будет использоваться для решения той или иной задачи.
Пример. В экономической системе ценность информации
можно определить приростом экономического эффекта
ее функционирования, достигнутым благодаря
использованию этой информации для управления
системой.
Если информация уменьшает вероятность достижения цели,
увеличивает исходную неопределенность, такую
информацию называют дезинформацией.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
73
УГАТУ
Кафедра
информатики
Классификация
информации
по формам,
видам,
признакам
Раздел 4: Классификация информации
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
74
УГАТУ
Кафедра
информатики
Классификация информации
По отношению к объекту, воспринимающему и
обрабатывающему информацию, её можно разделить
на следующие виды: входная, внутренняя и выходная.
Входная информация, воспринятая объектом, становится
внутренней и обрабатывается.
Результатом обработки является выходная информация.
Выходная информация отличается от входной, как
нерешенная задача отличается от решенной. Часто
выходная информация одного объекта может служить
входной информацией для другого объекта и т.д.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
75
УГАТУ
Кафедра
информатики
Классификация информации
В соответствии с видами сигналов различают дискретное
и непрерывное сообщение, дискретную и непрерывную
информацию.
Дискретная информация – это последовательность
символов, характеризующая прерывистую,
изменяющуюся величину (количество дорожно-
транспортных происшествий, значение счетчика и т.п.);
Аналоговая (непрерывная) информация – это величина,
характеризующая процесс, не имеющий перерывов или
промежутков (температура тела человека, скорость
автомобиля на определенном участке пути и т.п.).
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
76
УГАТУ
Кафедра
информатики
Классификация информации
Классификация информации по форме представления
техническими устройствами (в том числе и
компьютером), т.е. по способу кодирования:
• Текстовая информация.
• Графическая (изобразительная) информация.
• Звуковая информация. Задача хранения и
тиражирования любых звуков была решена с
изобретением звукозаписывающих и
звуковоспроизводящих устройств.
• Видеоинформация. Способ сохранения «живых» картин
окружающего мира, появившийся с изобретением кино.
• Мультимедийная (комбинированная).
• Числовая информация.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
77
УГАТУ
Кафедра
информатики
Классификация информации
Классификация информации по области возникновения:
• элементарная (механическая) – отражает процессы
неодушевленной природы;
• биологическая – отражает процессы животного и
растительного мира;
• социальная – отражает процессы человеческого общества.
Классификация информации по способу восприятия:
• визуальная информация передается видимыми образами и
символами;
• аудиальная информация передается звуками;
• тактильная информация передается ощущениями;
• органолептическая информация передаваемая запахами
(обонятельная) и вкусами (вкусовая)
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
78
УГАТУ
Кафедра
информатики
Классификация информации
У человека пять органов чувств: зрение, слух, обоняние,
вкус, осязание. С их помощью он получает информацию
о внешнем мире. Органы чувств с видами информации
соотносятся следующим образом:
вкусовая
вкус
тактильная
осязание
обонятельная
обоняние
аудиальная
слух
визуальная
зрение
Вид информации
Орган чувств
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
79
УГАТУ
Кафедра
информатики
Классификация информации
Классификация информации по общественному
значению (созданная и используемая человеком):
• личная для конкретного человека (знания, умения,
навыки, интуиция);
• массовая для любого желающего (общественная,
обыденная, общественно-политическая, научно-
популярная, эстетическая и т.д.);
• специальная для узкого круга лиц, решающих
специальные задачи конкретной области науки
(научная, производственная, техническая,
управленческая).
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
80
УГАТУ
Кафедра
информатики
Классификация информации
Классификация информации по содержанию:
научная, производственная, правовая и т.д.).
Классификация информации по характеру
генерирования:
• объективная – отражает явления природы и
человеческого общества;
• субъективная – отражает взгляд конкретного
человека на объективные явления.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
81
УГАТУ
Кафедра
информатики
Раздел 5: Свойства информации
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
82
УГАТУ
Кафедра
информатики
Свойства информации
Как и всякий объект, информация обладает
свойствами.
Характерной отличительной особенностью
информации от других объектов природы и
общества, является дуализм: на свойства
информации влияют как свойства
исходных данных, составляющих ее
содержательную часть, так и свойства
методов, фиксирующих эту информацию.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
83
УГАТУ
Кафедра
информатики
Атрибутивные свойства информации
Атрибутивные свойства информации – это те свойства, без
которых информация не существует.
Характеризует динамику развития информации во
времени.
Динамичность
Характеризует накопление и хранение информации. С
течением времени количество информации
накапливается, происходит ее систематизация, оценка и
обобщение
Кумулятивность
(от лат. cumulatio
– увеличение,
скопление)
Информация имеет свойство сливаться с уже
зафиксированной и накопленной ранее, тем самым
способствуя поступательному развитию и накоплению
Непрерывность
Содержащиеся в информации сведения – дискретны, т.е.
характеризуют отдельные фактические данные,
закономерности и свойства изучаемых объектов, которые
распространяются в виде сообщений
Дискретность
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
84
УГАТУ
Кафедра
информатики
Качественные свойства информации
Содержательность
Отражает семантическую емкость
информации
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
85
УГАТУ
Кафедра
информатики
Качественные свойства информации
Объективность
Информация объективна, если она не зависит от
методов ее фиксации, чьего-либо мнения, суждения.
Объективную информацию можно получить с помощью
исправных датчиков, измерительных приборов.
Отражаясь в сознании конкретного человека,
информация перестает быть объективной, так как,
преобразовывается в зависимости от мнения,
суждения, опыта, знаний конкретного субъекта
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
86
УГАТУ
Кафедра
информатики
Качественные свойства информации
Достаточность(полнота)
Cвойство информации исчерпывающе (для данного
потребителя) характеризовать отображаемый объект
или процесс. Информация полна, если её достаточно
для понимания и принятия решений. Как неполная,
так и избыточная информация сдерживает принятие
решений или может повлечь ошибки
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
87
УГАТУ
Кафедра
информатики
Качественные свойства информации
Достоверность
Свойство информации не иметь скрытых ошибок.
Достоверная информация со временем может стать
недостоверной, если устареет и перестанет отражать
истинное положение дел. Недостоверная
информация может привести к неправильному
пониманию или принятию неправильных решений
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
88
УГАТУ
Кафедра
информатики
Качественные свойства информации
Актуальность
Своевременность
Отражает степень соответствия информации теку-
щему моменту. Только своевременно полученная
информация может принести ожидаемую пользу.
Одинаково нежелательны как преждевременная по-
дача информации (когда она ещё не может быть ус-
воена), так и её задержка.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
89
УГАТУ
Кафедра
информатики
Качественные свойства информации
Адекватность
Отражает степень соответствия информации, полу-
ченной потребителем, тому, что автор вложил в ее
содержание.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
90
УГАТУ
Кафедра
информатики
Качественные свойства информации
Доступность
Мера возможности получить ту или иную инфор-
мацию. Информация должна преподноситься в дос-
тупной (по уровню восприятия) форме, поэтому одни
и те же вопросы по-разному излагаются в школьных
учебниках и научных изданиях.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
91
УГАТУ
Кафедра
информатики
Качественные свойства информации
Полезность
Полезность может быть оценена применительно к
нуждам конкретного потребителя и тех его задач,
которые он может решить с ее помощью
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
92
УГАТУ
Кафедра
информатики
Качественные свойства информации
Защищённость
Характеризует невозможность несанкционированного
использования или изменения информации
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
93
УГАТУ
Кафедра
информатики
Качественные свойства информации
Эргономичность
Характеризует удобство формы или объёма
информации с точки зрения данного потребителя
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
94
УГАТУ
Кафедра
информатики
Раздел 6: Этапы обработки информации
в информационных системах
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
95
УГАТУ
Кафедра
информатики
Этапы обработки информации
в информационных системах
Системы, реализующие информационные процессы,
называют информационными системами (ИС).
Данными в ИС являются факты, сведения, представленные
в формализованном виде (закодированные), занесенные
на те или иные носители и допускающие обработку с
помощью технических средств (в первую очередь
компьютера).
Обработка данных предполагает производство различных
операций над ними, в первую очередь арифметических и
логических, для получения новых данных, которые
объективно необходимы.
ИС могут быть автоматическими (чисто техническими) и
автоматизированными (человеко-машинными)
системами.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
96
УГАТУ
Кафедра
информатики
Этапы обработки информации
в информационных системах
• сбор (восприятие) информации;
• подготовка (преобразование) информации;
• передача информации;
• обработка (преобразование) информации;
• хранение информации;
• отображение (воспроизведение) информации.
Основные этапы обращения информации в
автоматизированных системах:
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
97
УГАТУ
Кафедра
информатики
Этапы обработки информации
в информационных системах
Этапы обращения информации в системе
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
98
УГАТУ
Кафедра
информатики
Этапы обработки информации
в информационных системах
На этапе восприятия осуществляется целенаправленное
извлечение и анализ информации о каком-либо объекте
(процессе). Главная задача этапа – отделить полезную
информацию от мешающей (шумов). Простейшим видом
восприятия является различие двух противоположных
состояний: наличия (1) и отсутствия (0), более сложным –
измерение.
На этапе подготовки (преобразования) осуществляется
первичное преобразование информации (нормализация,
аналого-цифровое преобразование, шифрование).
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
99
УГАТУ
Кафедра
информатики
Этапы обработки информации
в информационных системах
На этапе передачи информация пересылается от
отправителя к адресату по каналам различной
физической природы (электрическим, электромагнитным,
оптическим).
На этапе обработки выявляются общие и существенные
взаимозависимости информации, представляющие
интерес для системы. Преобразование информации на
этом этапе осуществляется либо с помощью
информационной техники, либо человеком.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
100
УГАТУ
Кафедра
информатики
Этапы обработки информации
в информационных системах
На этапе хранения информация записывается в
запоминающее устройство для последующего
использования. При этом решается, как будет
организовано пополнение и обновление информации,
доступ к ней, поиск и оперативное извлечение.
На этапе отображения (воспроизведения) нужная
информация предоставляется человеку с помощью
устройств, способных воздействовать на его органы
чувств.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
101
УГАТУ
Кафедра
информатики
Раздел 7: Кодирование информации
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
102
УГАТУ
Кафедра
информатики
Кодирование информации
Коды появились в глубокой древности в виде криптограмм
(тайнописи), ими пользовались для засекречивания
важного сообщения, чтобы оно было понятно только тем,
кому предназначено.
Исторически первый код, предназначенный для передачи
сообщений, это азбука Морзе. Каждой букве или цифре
сопоставляется своя последовательность из
кратковременных (точка) и длительных (тире) импульсов
тока, разделяемых паузами. Длина слов разная.
Код Бодо, распространенный в телеграфии, использует для
кодирования два элементарных сигнала – импульс и паузу,
сопоставляемые буквам кодовые слова состоят из пяти
таких сигналов. Длина слов одинаковая.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
103
УГАТУ
Кафедра
информатики
Кодирование информации
Коды, использующие два
различных элементарных
сигнала, обозначаемых как 0 и 1,
называются двоичными. Кодовые
слова можно представлять как
последовательность из нулей и
единиц.
Число символов, используемых для кодирования
называют основанием кода.
Множество кодовых символов называется кодовым
алфавитом.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
104
УГАТУ
Кафедра
информатики
Кодирование текстовой информации
При двоичном кодировании текстовых данных в компьютере
каждому символу ставится в соответствие своя
уникальная последовательность из восьми различных
наборов нулей и единиц, свой уникальный двоичный код
от 00000000 до 11111111 или соответствующий ему
десятичный код от 0 до 255.
Таким образом, человек различает символы по их
начертанию, а компьютер – по их коду.
Например, при нажатии клавиши с латинской буквой А в
оперативную память передается двоичный код 01000001.
При выводе символа на экран монитора производится
декодирование: по двоичному коду символа на экране
строится его изображение.
Кодирование и декодирование происходят в компьютере
автоматически за миллионные доли секунды.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
105
УГАТУ
Кафедра
информатики
Кодирование текстовой информации
Присвоение символу конкретного двоичного кода – это
вопрос соглашения, которое зафиксировано в кодовой
таблице ASCII (American Standard Code for Information
Interchange – Американский стандартный код для
информационного обмена).
Базовая таблица ASCII (коды 0 – 127):
Коды с 0 по 32 соответствуют не символам, а операциям
(перевод строки, ввод пробела и т.д.).
Коды с 33 по 127 являются интернациональными и
соответствуют символам латинского алфавита, цифрам,
знакам арифметических операций и знакам препинания.
Дополнительная таблица ASCII (коды 128 – 255) содержит
коды одного из национальных алфавитов, символы
псевдографики и некоторые математические знаки.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
106
УГАТУ
Кафедра
информатики
Таблица ASCII (032 – 127)
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
107
УГАТУ
Кафедра
информатики
Кодирование текстовой информации
В настоящее время существуют пять различных расширенных
кодовых таблиц для русских букв, поэтому тексты, созданные в
одной кодировке, не будут правильно отображаться в другой.
КОИ-7 («Код обмена информацией 7-битный») использовался
для работы в среде ОС MS-DOS.
КОИ-8 («Код обмена информацией 8-битный»)применяется на
компьютерах с операционной системой UNIX, в сетях,
электронной почте и телеконференциях.
Windows 1251, Win 1251. Все Windows-приложения,
работающие с русским языков, поддерживают эту кодировку.
Мас – кодировка русских букв для компьютеров Macintosh.
ISO 8859-5 – стандарт для русского языка утвержденный ISO.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
108
УГАТУ
Кафедра
информатики
Кодирование текстовой информации
Одному и тому же двоичному коду в разных кодовых
таблицах ставится в соответствие различные символы.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
109
УГАТУ
Кафедра
информатики
Таблица ASCII (128 – 255) для Win1251
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
110
УГАТУ
Кафедра
информатики
Кодирование текстовой информации
UNICODE – международный стандарт
символьного кодирования, в котором каждый
символ кодируется 2-мя байтами и поэтому с его
помощью можно закодировать уже не 256, а
2
16
=65536 различных символов, включая,
математическую символику, греческий алфавит
и др.
Эту кодировку поддерживает платформа Microsoft
Windows&Office. Такое кодирование
используется в основном для передачи данных
по сети Internet.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
111
УГАТУ
Кафедра
информатики
Кодирование графической информации
Форму представления графических изображений,
которые формируются из точек (пикселей),
образующих характерный узор, называют
растровой.
Пиксель – наименьший элемент изображения на
экране (точка на экране).
Растр – прямоугольная сетка пикселей на экране.
Качество изображения определяется
разрешающей способностью монитора. Чем она
выше, тем выше качество изображения.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
112
УГАТУ
Кафедра
информатики
Кодирование графической информации
Разрешающая способность монитора – размер
сетки растра, задаваемого в виде произведения
М × N, где М – число точек по горизонтали, N –
число точек по вертикали.
Число цветов, воспроизводимых на экране дисплея
(k), и число бит, отводимых в видеопамяти под
каждый пиксель (N), связаны формулой:
k = 2
N
.
Величину N называют битовой глубиной или
глубиной цвета.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
113
УГАТУ
Кафедра
информатики
Кодирование графической информации
В простейшем случае (черно-белое изображение без
градаций серого цвета) каждая точка экрана может иметь
лишь два состояния – «черная» или «белая», для
хранения ее состояния достаточно одного бита.
Если выделить 2 бита, то можно воспроизвести 4 цвета, 3
бита – 8 цветов.
Совокупность используемого набора цветов k образует
цветовую палитру.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
114
УГАТУ
Кафедра
информатики
Кодирование графической информации
Двоичный код изображения (закодированное изображение),
выводимого на экран, хранится в видеопамяти.
Видеопамять - это электронное энергозависимое
запоминающее устройство, в котором хранится
изображение во время воспроизведения его на экране.
Размер видеопамяти зависит от разрешающей способности
дисплея и используемой цветовой палитры.
Ее минимальный объем определяется так, чтобы
поместился один кадр (одна страница) изображения, т.е.
как результат произведения разрешающей способности
монитора на число бит, отводимых на 1 пиксель.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
115
УГАТУ
Кафедра
информатики
Кодирование звуковой информации
Звуковой сигнал – это непрерывная волна с
изменяющейся амплитудой и частотой.
Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для
человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон.
В процессе кодирования фонограммы, непрерывная
звуковая волна разбивается по времени на отдельные
маленькие временные участки (элементарные звуки).
Для каждого участка устанавливается определенная
величина амплитуды, каждому значению амплитуды
присваивается двоичный код.
Такой процесс называется оцифровкой звука. Качество
кодирования зависит от количества измерений уровня
сигнала в единицу времени.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
116
УГАТУ
Кафедра
информатики
Кодирование звуковой информации
Аудиоадаптер (звуковая плата, звуковая карта) –
специальное устройство, подключаемое к компьютеру,
предназначенное для преобразования электрических
колебаний звуковой частоты в числовой двоичный код
при вводе звука и для обратного преобразования (из
числового кода в электрические колебания) при
воспроизведении звука.
Качество компьютерного звука определяется
характеристиками аудиоадаптера: частотой
дискретизации и его разрядностью.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
117
УГАТУ
Кафедра
информатики
Кодирование звуковой информации
Частота дискретизации аудиоадаптера – это количество
измерений входного сигнала за
1 секунду. Частота дискретизации измеряется в герцах
(Гц).
Одно измерение за одну секунду соответствует частоте 1
Гц, 1000 измерений за 1 секунду –
1 килогерц (кГц).
Разрядность аудиоадаптера – число бит, которое может
он может обработать за один такт или число бит в его
регистре.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
118
УГАТУ
Кафедра
информатики
Кодирование звуковой информации
Разрядность определяет точность измерения
входного сигнала.
Чем больше разрядность, тем меньше погрешность
каждого отдельного преобразования величины
электрического сигнала в двоичный код и обратно.
Если разрядность аудиоадаптера равна 8 бит, то при
измерении входного сигнала может быть получено
2
8
= 256 различных значений, а если его
разрядность равна 16 бит, то 2
16
= 65536.
Таким образом, 16-разрядный аудиоадаптер точнее
кодирует и воспроизводит звук, чем 8-разрядный.
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
119
УГАТУ
Кафедра
информатики
Кодирование звуковой информации
Разрядность аудиоадаптера называют также глубиной
кодирования звука.
Звуковой файл – файл, хранящий звуковую информацию в
числовой двоичной форме.
Информационный объем аудиофайла V в битах равен
произведению частоты дискретизации на глубину звука,
на время звучания и на количество дорожек (для моно
или стерео):
где D – частота дискретизации в Гц,
k – количество дорожек (1 для моно; 2 для стерео),
i – разрядность аудиоадаптера в битах,
t – длительность звучания в сек.
k
t
i
D
V
×
×
×
=
Информатика
ФАТС – 2, 3 курс 1, заочники семестр 1, 2010 г.
120
УГАТУ
Кафедра
информатики
Информация о работе Лекции по "Информатике"