Понятие информации

 

ИНФОРМАЦИЯ И ЖИВАЯ  ПРИРОДА

 

    Способность принимать,  передавать,  запоминать и некоторым  образом обрабатывать разнообразную  информацию является, по-видимому, одним  из самых главных признаков  живого мира. В той или иной  степени это присуще животным, растениям и даже бактериям.  Получив из внешней среды какую-либо  информацию, живой организм определённым  образом обрабатывает её и на основе результатов обработки соответственно реагирует на получение сведения. Информация не только поступает в организм извне, но и передаётся живым организмом во внешнюю среду.  Наиболее важные сведения живые организмы запоминают. И эта «хранящаяся» в организме информация активно используется в процессе обработки вновь поступающей информации. Итак, с помощью приёма, передачи, хранения и обработки различного рода информационных потоков из внешней среды любой отдельно взятый организм обеспечивает свою жизнедеятельность.  В связи с этим необходимо отметить, что информация для живого организма не менее важна, чем пища, с помощью которой в организм поступает необходимая для его жизнедеятельности энергия.

     Приём, передача, обработка  и хранение информации являются  одной из самых важных сторон  жизнедеятельности биологических  организмов. Человек так же, как  и любой другой живой организм, получает информацию из окружающей среды с помощью своих органов чувств, причём физическая природа носителей информации различна.

     Человек на протяжении  всей своей жизни постоянно,  ежечасно, ежеминутно сталкивается  с необходимостью принимать, передавать, обрабатывать и хранить информацию.

 

РЕЧЬ

 

     На ранних этапах  развития человеческого общества  информация играла в жизни  отдельного человека и групп  первобытных людей ту же самую  роль, что и во всей живой  природе. Однако по мере усложнения  взаимодействия между людьми, по  мере повышения сложности решаемых  задач человеку приходилось формировать  всё более и более сложные  сигналы для передачи и обработки  всё более и более сложной  информации. Появление речи по  времени следует соотнести с  появлением первых орудий производства, таких, как каменный топор и другие простейшие орудия труда. Так, около миллиона лет назад начала формироваться речь человека – самый совершенный в живой природе способ обмена информацией.

     Речь первобытного  человека представляла собой  не только форму сообщений,  с помощью которых люди обменивались  между собой информацией. Она  стала способом сохранения и  передачи полученных людьми знаний.

     Знания передавались  от поколения к поколению в  виде устных рассказов, и таким  образом шёл процесс их накопления. Но этот способ был весьма  несовершенным, так как человек  мог погибнуть на охоте, на  войне или просто забыть даже  очень важные сведения.

Носителем полезной для человека информации на рассматриваемом этапе общественного  развития являлся мозг человека, он же использовался  и для её обработки, а обмен информацией осуществлялся  с помощью речи, мимики, жестов, телодвижений. Тем не менее, появление человеческой речи представляло собой переход  на более совершенный уровень  работы с информацией и позволило, наряду и использованием орудий труда, человеку стать человеком.

 

ПИСЬМЕННОСТЬ

 

     Вступление человечества  в эпоху письменности можно  связать с первыми рисунками,  выполненными почти 30 тысячелетий   назад. Фактически это означает, что был найден самый первый, более надёжный по сравнению  с человеческим мозгом, способ  долговременного хранения и передачи  информации. Именно тогда появились  и первые инструменты для её  «записи» на носитель. К этому  же времени, скорее всего, можно  отнести и начало использования  пальцев рук и камешков для  выполнения простейших вычислений. Итак, появились первые приспособления  для хранения и обработки информации, поскольку и наскальные рисунки, и камешки для счёта в принципе представляют собой информационные образы неких реальных объектов. С этого времени начинается отсчёт ручного этапа в развитии средств обработки информации. Со времени появления письменности человечество сумело найти и применить на практике немало различных носителей информации – камень, кость, дерево, глину, папирус, бумагу. Тем не менее появление письменности можно считать исторически первым этапом развития информационных технологий, которое существенно ускорило развитие человеческого общества.

 

КНИГОПЕЧАТАНИЕ

 

     Изобретение в середине  XVвека Иоганном Гутенбергом печатного станка, который позволял тиражировать знания надолговременном бумажном носителе информации, стало началом эры бумажной информатики и явилось мощнейшим катализатором промышленной революцииXVIIIвека. Знания, тиражируемые и широко распространяемые  по всему миру, оказали значительное влияние на разработку новых устройств, технологических приёмов и т.д. А внедрение новых изобретений в производственный процесс в свою очередь порождало новые знания, также распространяемые и тиражируемые с помощью книг. Начала раскручиваться спираль научно-технического прогресса.

 

МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

 

Почти через 200 лет после появления  печатного станка были разработаны  первые устройства для механической обработки числовой информации, наиболее простой и наиболее важной для такого периода разновидности информации. С этого времени начинается механический этап в развитии средств обработки информации.  Первое действующее устройство для выполнения сложения было создано в 1623 году Вильгельмом Шиккардом. Он назвал своё изобретение «суммирующими часами», так как оно было создано на базе механических часов. Блез Паскаль в 1641-1645 г.г. разработал суммирующую машину, которая получила широкую известность и была выпущена целой серией в 50 машин. А Готфирду Лейбницу в 1671-1674 г.г. удалось построить арифмометр – машину для выполнения всех четырёх арифметических операций.

     Почти 350 лет назад  появились предшественники современных  микрокалькуляторов. В ходе промышленной революции появились и стали широко использоваться бумажные ленты и карты с отверстиями – перфоленты и перфокарты, которые являются разновидностью долговременных носителей информации.

     Таким образом, в частном случае производства роль человека свелась к составлению плана выполнения нужных действий, а сами действия уже выполнялись без участия человека – автоматически.

     В связи с появлением  электрических устройств и началом  развития электротехники в конце  XIXвека начался следующий, электромеханический этап в развитии средств обработки информации. Отличительной чертой этого этапа является сочетание при выполнении вычислительных операций механических перемещений с работой электрических устройств. Первым такого рода устройством считается табулятор – машина, автоматизирующая выполнение простых вычислений на основе данных, нанесённых в виде пробивок на перфораторы. Основу этого устройства составляли простейшие электромеханические реле.

 

 

 

 

МЕРЫ  «ИНФОРМАЦИИ»

СТРУКТУРНАЯ МЕРА «ИНФОРМАЦИИ»

 

     Информация всегда  представляется в виде сообщения.  Элементарная единица сообщения  – это «символ». Собранные в  группы символы – это слова.  Сообщение, оформленное в виде  слов или отдельных символов, всегда передаётся в материально-энергетической форме (электрической, световой, звуковой, сигналы и т.д.)

    При использовании структурных  мер информации  учитывается только  дискретное строение сообщения,  количество содержащихся в нём  информационных элементов, связей  между ними. При структурном подходе  различают: геометрическую, комбинированную и аддитивную меры информации.

Геометрическая  мера предполагает изменение параметра геометрической модели информационного сообщения (длины, площади, объёма) в дискретных единицах.

В комбинированной  мере количество информации определяется как число комбинаций элементов (символов). Возможное количество информации совпадает с числом возможных сочетаний, перестановок и размещений элементов.

Аддитивная  мера(мера Хартли), в соответствии с которой количество информации измеряется в двоичных единицах – битах. Вводятся понятия глубины и длины числа.

- глубина (g) числа – количество символов (элементов), принятых для представления информации. В каждый момент времени реализуется только один какой-либо символ.

- длина (n) – количество позиций, необходимых и достаточных для представления чисел заданной величины.

 

СТАТИСТИЧЕСКАЯ МЕРА «ИНФОРМАЦИИ»

 

     В статистической  теории информации вводится более  общая мера количества информации, в соответствии с которой рассматривается  не само событие, а информация  о нём. События можно рассматривать  как возможные исходы некоторого  опыта, причём все исходы этого  опыта составляют ансамбль, или  полную группу событий. К.Шенион ввёл понятие неопределённости ситуации, возникающей в процессе опыта – энтропия – это есть количественная мера неопределённости и информативности, количественно выражаемая как средняя функция множества вероятностей каждого из возможных исходов опыта.

 

СЕМАНТИЧЕСКАЯ МЕРА «ИНФОРМАЦИИ»

 

     Вычислительные машины  обрабатывают и преобразуют информацию  разного содержания – от числовых  данных до сочинения музыки  и стихов. Вся эта информация изображается соответствующими символами. Оценка содержания разнохарактерной информации – весьма сложная проблема.

    Среди семантических  мер наиболее распространены  содержательность, логическое количество, целесообразность и существенность  информации.

Содержательность  события выражается через функцию меры – содержательности его отрицания. Оценка содержательности основана на математической логике. Логическое количество информации используется в системах управления. Мера целесообразности информации определяется как изменение вероятности достижения цели при получении дополнительной  информации.

     Измерение некоторого  параметра можно характеризовать  несколькими функциями величины  х: вероятностью, погрешностью измерения  и существенностью. Каждой из этих функций можно поставить в соответствие определённую меру информации.

 

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ

 

Информационное сообщение всегда связано с источником информации, приёмником информации и каналом  передачи. Набор элементов (символов) составляет алфавит источника.

     Непрерывные сообщения  задаются какой-либо физической  величиной, изменяющейся во времени.  Получение конечного множества   сообщений за конечный промежуток  времени достигается путём дискретизации (во времени), квантования (по уровню).

    В большинстве случаев  информация о протекании того  или иного физического процесса  вырабатывается соответствующими  датчиками в виде сигналов, непрерывно  изменяющихся во времени. Переход от аналогов представления сигнала к цифровому даёт в ряде случаев значительные преимущества  при передаче, хранении и обработке информации. Преобразование осуществляется с помощью специальных устройств – преобразователей непрерывных сигналов и может быть выполнено дискретизацией во времени и квантованием по уровню.

   Разновидности сигналов, которые  описываются функцией:

1. Непрерывная функция непрерывного аргумента.
2. Непрерывная функция дискретного аргумента.
3. Дискретная функция непрерывного аргумента.
4. Дискретная функция дискретного аргумента.

   Первая из разновидностей  принадлежит непрерывным сигналам, вторая и третья – дискретно-непрерывным,  четвёртая – дискретным сигналам.

     Методы дискретизации  и восстановления информации  классифицируются в зависимости  от регулярности  отсчёта, критерии  оценки точности дискретизации и восстановления, вида базисной функции, принципа приближения.

     Регулярность отсчёта  определяется равномерностью дискретизации.  Существую два метода дискретизации:

1. Равномерная дискретизация – когда длительность интервалов на всём отрезке обработки сигналов;
2. Неравномерная дискретизация – когда длительность интервалов между отсчётами различна;

     Критерии оценки точности  дискретизации сигнала выбираются  получателем информации и зависят  от целевого использования сигнала и возможностей аппаратной (программной) реализации. Чаще всего используются критерий наибольшего отклонения, среднеквадратической интегральный и вероятностный.

 

ПЕРЕДАЧА  «ИНФОРМАЦИИ»

 

Современные вычислительные средства часто используются в составе вычислительных систем или сетей. В эти случаях необходимо решить вопросы не только эффективного представления информации, но также вопросы передачи  информации по каналам связи без искажений. В качестве каналов связи могут использоваться: непосредственная связь НС пользователя вычислительными средствами, телефонный канал ТлК, телеграфный канал ТгК, радиоканал РК, телевизионный канал ТвК и другие виды связи.