Информация и информационные системы

     На  свойства информации влияют как свойства данных, так и свойства методов  её обработки.

1. Объективность информации. Понятие объективности информации относительно. Более объективной является та информация, в которую методы обработки вносят меньше субъективности. Например, в результате наблюдения фотоснимка природного объекта образуется более объективная информация, чем при наблюдении рисунка того же объекта. В ходе информационного процесса объективность информации всегда понижается.
2. Полнота информации. Полнота информации характеризует достаточность данных для принятия решения. Чем полнее данные, тем шире диапазон используемых методов их обработки и тем проще подобрать метод, вносящий минимум погрешности в информационный процесс.
3. Адекватность информации. Это степень её соответствия реальному состоянию дел. Неадекватная информация может образовываться при создании новой информации на основе неполных или недостоверных данных. Однако полные и достоверные данные могут приводить к созданию неадекватной информации в случае применения к ним неадекватных методов.
4. Доступность информации. Это мера возможности получить информацию. Отсутствие доступа к данным или отсутствие адекватных методов их обработки приводят к тому, что информация оказывается недоступной.
5. Актуальность информации. Это степень соответствия информации текущему моменту времени. Поскольку информационные процессы растянуты во времени, то достоверная и адекватная, но устаревшая информация может приводить к ошибочным решениям. Необходимость поиска или разработки адекватного метода обработки данных может приводить к такой задержке в получении информации, что она становится ненужной.

 

 

1.4   Носители данных 

       Физический  метод регистрации данных может  быть любым: механическое перемещение, изменение формы, изменение электрических или магнитных характеристик, изменение химического состава или характера химических связей и др. В соответствии с методом регистрации данные могут храниться и транспортироваться на различных носителях.

       Самым распространенным носителем данных является бумага. На бумаге данные регистрируются путем изменения оптических характеристик её поверхности. Изменение оптических свойств поверхности используется также в устройствах, осуществляющих запись лазерным лучом на пластмассовых носителях с отражающим покрытием (CD-ROM).

       Магнитные ленты и магнитные диски используют изменение магнитных свойств.

       Регистрация данных путем изменения химического  состава поверхностных веществ используется в фотографии.

       Свойства  информации тесно связаны со свойствами её носителей. Любой носитель характеризуется  следующими параметрами:

1. Разрешающей способностью – количеством данных, записанных в принятой для носителя единице измерения.
2. Динамическим диапазоном – логарифмом отношения интенсивностей максимального и минимального регистрируемых сигналов.

       Одной из важнейших задач информатики  является задача преобразования данных с целью смены носителя. Стоимость устройств ввода и вывода вычислительных систем, работающих с носителями информации, составляет до половины стоимости аппаратных средств.   

1.5  Операции с данными 

       Над данными можно выполнять различные  операции, состав которых определяется решаемой задачей. Перечисленные ниже операции с данными не зависят  от того, кто их выполняет – техническое  устройство, компьютер или человек.

1. Сбор данных – накопление данных с целью обеспечения достаточной их полноты для принятия решений.
2. Формализация данных – приведение данных, поступающих из разных источников, к одинаковой форме, что позволяет сделать их сопоставимыми между собой.
3. Фильтрация данных – отсеивание данных, в которых нет необходимости для принятия решений, при этом снижается уровень шума и повышается их достоверность и адекватность.
4. Сортировка данных – упорядочение данных по заданному признаку с целью удобства использования.
5. Защита данных – комплекс мер, направленных на предотвращение утраты, воспроизведения и модификации данных.
6. Архивация данных – организация хранения данных в удобной и легкодоступной форме, снижающей затраты на хранение и повышающей общую надежность информационного процесса.
7. Транспортировка данных – приём и передача данных между удаленными участниками информационного процесса.
8. Преобразование данных – перевод данных из одной формы в другую. Часто связано с изменением носителя. Например, книги можно хранить в бумажной форме, а можно в электронном виде.

 

       2   КОДИРОВАНИЕ ДАННЫХ ДВОИЧНЫМ КОДОМ 

2.1   Двоичное кодирование 

       Для автоматизации работы с данными  разных типов важно уметь представлять их в унифицированной форме. Для  этого используется кодирование.

       Кодирование – это представление данных одного типа через данные другого типа. Естественные языки – это не что  иное, как системы кодирования понятий для выражения мыслей с помощью речи. В качестве другого примера можно привести азбуку Морзе для передачи телеграфных сигналов, морскую флажковую азбуку.

       В вычислительной технике используется двоичное кодирование, основанное на представлении данных последовательностью из двух символов: 0 и 1. Эти знаки называются двоичными цифрами, по-английски digit или сокращенно bit (бит).

       Одним битом можно выразить два понятия: да или нет, черное или белое, истина или ложь, 0 или 1. Если количество битов увеличить до двух, то уже можно выразить четыре различных понятия:

       Тремя битами можно закодировать 8 понятий:

       001  011  100  101   110  111.

       Увеличивая  на единицу количество разрядов, мы увеличиваем в два раза количество значений, которое может быть выражено в данной системе, то есть

       N = 2^m

       где N – количество кодируемых значений; 
m – количество двоичных разрядов.  

2.2   Кодирование целых чисел 

       Любое целое число можно представить  в виде разложения в полином с  основанием два. Коэффициентами полинома являются числа 0 и 1. Например, число 11 может быть представлено в такой форме:

       1 x 2³ + 0 x 2² + 1 x 2¹ + 1 x 2⁰ = 11

       Коэффициенты  этого полинома образуют двоичную запись числа 11: 1011.

       Для преобразования целого числа в двоичный код надо делить его пополам до тех пор, пока в остатке не образуется ноль или единица. Совокупность остатков от каждого деления, записанных справа налево, образует двоичный код десятичного числа.

       Для представления целых чисел используется байт, имеющий восемь двоичных разрядов (рис. 2).

Рисунок 2 - Представление целых чисел 

       Первый  разряд используется для хранения знака  числа. Обычно «+» кодируется нулём, а «–» – единицей. Диапазон представления  целых чисел зависит от числа  двоичных разрядов. С помощью одного байта могут быть представлены числа  в диапазоне от –128 до +127. При использовании  двух байтов могут быть представлены числа от –32 768 до +32 767.  

2.3   Кодирование вещественных чисел 

       Существуют  два способа представления вещественных чисел в памяти компьютера: с фиксированной  точкой и с плавающей точкой.

       При представлении вещественных чисел  в форме с фиксированной точкой положение десятичной точки в  машинном слове фиксировано (рис. 3).

       

       Рисунок 3 - Вещественное число с фиксированной точкой 
 
 
 
 
 

       Чаще  всего точка фиксируется перед  первым разрядом числа (рис.4).

       

       Рисунок 4 - Вещественное число с точкой перед первым разрядом 

       Целое число является частным случаем  числа с фиксированной точкой, когда точка фиксирована после последнего разряда.

       В форме с плавающей точкой вещественное число х  представляется в виде

       x = M x 2^p

       где |M|<1 и называется мантиссой, p –  целое число, называемое порядком (рис. 5).

       

       Рисунок 5 - Вещественное число с плавающей точкой

       Количество  позиций, отводимых для мантиссы, определяет точность представления  чисел, а количество позиций, отводимых  для порядка – диапазон представления чисел.

       Обычно  мантисса записывается в нормализованном  виде, то есть так, чтобы отсутствовали  незначащие нули в старших разрядах:           

        0.0011101   ненормализованное представление,           

        0.1110100   нормализованное представление.

       При сложении чисел в форме с плавающей  точкой в общем случае нельзя складывать их мантиссы. Если слагаемые имеют  разные порядки, то одинаковые разряды мантиссы будут на самом деле изображать разные разряды числа. Поэтому при сложении чисел необходимо предварительно выровнять их порядки, то есть числу с меньшим порядком приписать порядок второго числа и соответствующим образом изменить мантиссу  

2.4   Кодирование текстовых данных 

       Если  каждому символу алфавита сопоставить  целое число, то можно с помощью двоичного кода кодировать текстовые данные. Восьми двоичных разрядов достаточно для кодирования 256 различных символов. Этого хватает, чтобы закодировать все строчные и прописные буквы английского или русского алфавита, а также знаки препинания, цифры, символы основных арифметических операций и некоторые специальные символы, например «%».

       Технически  это просто, но существуют организационные  сложности. Для того чтобы весь мир  одинаково кодировал текстовые  данные, нужны единые таблицы кодирования, а это трудно осуществить из-за использования различных символов в национальных алфавитах. Сейчас по ряду причин наибольшее распространение  получил стандарт США ANСII (American National Code for Information Interchange) – Американский национальный код для обмена информацией. В системе кодирования ANСII закреплены две таблицы кодирования: базовая  со значениями кодов от 0 до 127 и расширенная с кодами от 128 до 255.

       Коды  от 0 до 31 базовой таблицы содержат так называемые управляющие коды, которым не соответствуют символы языка. Они служат для управления устройствами ввода-вывода. Коды с 32 по 127 служат для кодирования символов английского алфавита, знаков препинания, цифр и некоторых других символов. Расширенная таблица с кодами от 128 до 255 содержит набор специальных символов.

       Аналогичные системы кодирования разработаны  и в других странах. В России большое распространение имеет код КОИ-8.

       Трудности создания единой системы кодирования  текстовых данных связаны с ограниченным набором кодов (256). Если кодировать символы не 8-разрядными двоичными  числами, а 16-разрядными, это позволит иметь набор из 65 536 различных  кодов. Этого достаточно, чтобы в  одной таблице разместить символы  большинства языков. Такая система  кодирования называется Unicode – универсальный код. Переход к этой системе долго сдерживался из-за недостатка памяти компьютеров, так как в системе Unicode все текстовые документы становятся вдвое длиннее. В настоящее время технические сложности преодолены и происходит постепенный переход на универсальную систему кодирования.  

2.5   Кодирование графических данных 

       Общепринятым  сегодня считается представление  черно-белых иллюстраций в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета. При этом для кодирования яркости любой точки достаточно 8-разрядного двоичного числа.