Курс лекций по "Информатике"

            1 Мегабайт   = 1024 Кб  (2²⁰ байт);   

            1 Гигабайт    = 1024 Мб (2³⁰ байт);   

            1 Терабайт     = 1024 Гб  (2⁴⁰ байт);   

            1 Эксобайт     = 1024 Тб  (2⁵⁰ байт);    и т.д.

Для определения скорости передачи информации используются другие единицы измерения информации:   Бит/сек.

1 килобит = 2¹⁰ бит   = 1024 бит = 128 байт;

 1 мегабит  = 2¹⁰ кбит = 1024 килобайт;

1 терабит  = 2¹⁰ мбит = 1024 мегабайт.

 

Если каждый символ (букву, цифру, знак препинания, пробел, математический или графический символ) кодировать, используя систему кодирования ASCII или КОИ-8, то каждый символ будет занимать объем, равный 8 бит или 1 байт.

Если каждый символ кодировать, используя  систему кодирования Unicode, то каждый символ будет занимать объем, равный 16 бит или 2 байта.

Например, слово «ИНФОРМАТИКА»  содержит  11 символов и в кодировке ASCII или КОИ-8 будет иметь объем 88 бит или 11 байт, а в кодировке Unicode – 22 байта.

Существует формула  Хартли, которая имеет вид:

                                             n=pⁱ ,

где n – число равновероятных событий, i -  количество информации, полученной в результате совершения события, p – количество возможных вариантов. Или, можно сказать, что p – количество используемых символов, а i – длина строки символов или сигналов.

Например, чтобы узнать, сколько различных символов длиной 5 сигналов можно закодировать с помощью азбуки Морзе, надо преобразовать формулу: Р=2, потому что в азбуке Морзе используются только точки и тире,  i=5, потому что такова длина сигнала. Следовательно, n=2⁵, т.е. 32.

 

4.6.2. Семантическая мера информации.

 

Для измерения смыслового содержания информации наибольшее распространение получила тезаурусная мера, которая связывает семантические свойства информации со способностью пользователя принимать поступившее сообщение. Действительно, для понимания и использования полученной информации получатель должен обладать определенным запасом знаний. Полное незнание предмета не позволяет извлечь полезную информацию из принятого сообщения об этом предмете. По мере роста знаний о предмете растет и количество полезной информации, извлекаемой из сообщения.

Если назвать имеющиеся  у получателя знания о данном предмете «тезаурусом», т.е. неким сводом слов, понятий, названий объектов, связанных смысловыми связями, то количество информации, содержащееся в некотором сообщении, можно оценить степенью изменения индивидуального тезауруса под воздействием  данного сообщения. Тезаурус – совокупность сведений, которыми располагает пользователь или система.

Иными словами, количество семантической информации, извлекаемой  получателем из поступающих сообщений, зависит от степени подготовленности его тезауруса для восприятия такой информации.

В зависимости от соотношений  между смысловым содержанием  информации S и тезаурусом пользователя S_P изменяется количество семантической информации I_С,  воспринимаемой пользователем и включаемой в свой тезаурус. Характер такой зависимости  показан на рисунке.

 

Рассмотрим два предельных случая,  когда количество семантической информации I_C равно нулю:

• При S_P = 0 пользователь не воспринимает (не понимает) поступающую информацию;
• При S_P        ∞ пользователь «все знает», и поступающая информация ему не нужна.

Максимально количество семантической информации потребитель  получает при согласовании ее смыслового содержания S со своим тезаурусом S_P (S_P= S_{P opt}), когда поступающая информация понятна пользователю и несет ему ранее неизвестные (отсутствующие в его тезаурусе) сведения.

Следовательно, количество семантической информации в сообщении, количество новых знаний, получаемых пользователем, является величиной относительной. При оценке семантического (смыслового) аспекта информации необходимо стремиться к согласованию величин S и S_P.

Относительной мерой  семантической информации может  служить коэффициент содержательности С, который определяется как отношение количества семантической информации к ее объему:   С=I_C / V_Д

 

4.6.3. Прагматическая мера информации.

 

Эта мера определяет полезность информации (ценность) для достижения пользователем поставленной цели. Она  также величина относительная, обусловленная особенностями использования этой информации в той или иной системе.

 

 

5. Информационные процессы и системы.

 

1. Понятие системы. Системный эффект.

 

Система – это целое, состоящее из взаимосвязанных элементов, объединенных для достижения общей цели. Это может быть система обучения в вузе, какая-либо наука, человеческий язык, это может быть какой-либо другой объект материальной природы, например, самолет и т.д.

Системы бывают материальные, нематериальные, смешанные.

Главное в любой системе  – это появление «системного эффекта», который заключается в том, что при объединении элементов в систему у системы появляются новые свойства, которыми не обладал ни один из элементов, ее составляющих. Например, самолет, как система, способен летать, тогда, как ни один из составляющих его компонентов этим свойством не обладает.

Система – это объект, который можно выделить из окружающей среды, с которой система находится во взаимодействии.

Воздействия окружающей среды на систему называются входом системы. Воздействия системы на окружающую среду называется выходом системы.

Под воздействием имеется  в виду и обмен материальными  объектами, и физическое воздействие, и информационный обмен. Для каждой системы можно выделить несколько входов и выходов. Мы часто не знаем, как данный объект устроен внутри. Нам важно лишь знать, к каким результатам на выходе приведут определенные воздействия на входе системы, т.е. в таких случаях система рассматривается как «черный ящик». Представить систему как черный ящик – это значит, что надо указать входы и выходы, а также зависимость между ними. Величин6ы, которые характеризуют входы и выходы системы, называются параметрами. Y=F(x₁, x₂), где x₁, x₂ – параметры.

«Черный ящик» – термин, используемый в точных науках (в  частности, системотехнике, кибернетике и физике) для обозначения системы, механизм работы которой очень сложен, неизвестен или неважен в рамках данной задачи. Такие системы обычно имеют некий «вход» для ввода информации и «выход» для отображения результатов работы. Состояние выходов обычно функционально зависит от состояния входов. Понятие «черный ящик» предложено У.Р. Эшби. Использование модели «черный ящик» позволяет изучать поведение систем, то есть их реакции на разнообразные внешние воздействия, и в то же время абстрагироваться от внутреннего устройства систем.

 

2. Структура системы. Информационная модель.

 

Любой элемент системы  в свою очередь можно рассматривать  как подсистему, если в его состав входят другие элементы. Надсистема – это система, включающая в себя подсистему как элемент. Например, системный блок – это подсистема персонального компьютера, но его можно рассматривать как надсистему по отношению к таким подсистемам как материнская плата, накопитель на жестком диске, система вентиляции и т.д.

Для полного описания системы необходимо описать связь элементов системы между собой. Наличие связей и обеспечивает появление «системного эффекта». Система – это порядок, организация. Структура системы – это графически представленный характер отношений (связей) между компонентами системы. Структура может определять:

• Пространственное расположение компонентов системы (сеть с квадратными ячейками, звезда, цепочка и т.д.)
• Вложенность или соподчиненность компонентов системы (дерево для иерархических систем)
• Хронологическую последовательность компонентов системы (линейная, ветвящаяся, циклическая)

 

Системный анализ – это процесс исследования объекта и его описание в виде системы, т.е. результатом системного анализа объекта является описание его элементного состава и структуры.

Объект может рассматриваться  как подсистема в совокупности его отношений с окружающей средой (надсистемой). В одной и той же системе можно выделить разные элементы – все зависит от поставленной цели. При этом каждому набору элементов будет соответствовать свой набор отношений (связей) между ними, т.е. своя структура.

Информационная  модель объекта – это его описание. Одному и тому же объекту можно поставить разные информационные модели.

Способы описания:

• вербальное (словесное)
• графическое
• табличное
• математическое и т.д.

 

Последовательность этапов информационного моделирования:

1. Выбор объекта моделирования.
2. Определение цели моделирования.
3. Системный анализ объекта моделирования. На этом этапе определяются:
• Система, подсистема, надсистема
• Структура (иерархическая, сетевая и т.д.)
• Типы связей (отношений)
• Системный подход
• Системы управления, самоуправляемые системы
4. Построение информационной модели

• Графы, сети, деревья
• Таблицы
• Математические формулы, уравнения

5. Создание компьютерной модели

• Средства создания компьютерных моделей (СУБД, табличные процессоры, языки программирования, универсальные, специализированные системы моделирования)

 

3. Информационный процесс. Информационная система.

 

Информационным  процессом называется последовательность действий, выполняемых с информацией (сбор, восприятия, передачи, накопления, обработки и использования).

Информационный процесс  может состояться только при наличии  информационной системы. Системы, реализующие информационные процессы, называются информационными системами.

Информация передается от источника к адресату (потребителю) информации в материально-энергетической форме (электрический импульс, звуковой, световой сигналы) непрерывно или дискретно.

Информация, переносимая  сигналами имеет смысл, отличный от самого факта поступления сигнала. Так, удар барабана (звуковой сигнал) может говорить о наступлении врага или о чем-то другом.

Поступивший сигнал должен быть принят, обработан, преобразован, если это необходимо, и использован. Т.о. информационный процесс возможен только при наличии информационной системы, складывающейся из

• Источника информации
• Канала связи, по которому информация передается
• Соглашения или кода, по которому устанавливается смысл сигнала
• Адресата или потребителя информации.

 

 

 

 

                                    Простейшая информационная система       

 

Получение информации тесно связано с информационными процессами, поэтому имеет смысл рассмотреть их отдельно.

• Сбор  данных – это деятельность субъекта по накоплению данных с целью обеспечения достаточной полноты. Соединяясь с адекватными методами, данные рождают информацию, способную помочь в принятии решения. Например, интересуясь ценой товара и его потребительскими свойствами, мы собираем информацию для того, чтобы принять решение: покупать его или нет.
• Передача данных – это процесс обмена данными. Предполагается, что существует источник информации, канал связи, приемник информации, и между ними приняты соглашения о порядке обмена данными, эти соглашения называются протоколами обмена.
• Хранение данных – это поддержание данных в форме, постоянно готовой к выдаче их потребителю. Одни и те же данные могут быть востребованы не однажды, поэтому разрабатываются разные способы хранения данных (обычно на материальных носителях) и методы доступа к ним по запросу потребителя.
• Обработка данных – это процесс преобразования информации от исходной ее формы до определенного результата.

 

6. Компьютерная обработка информации.

 

Чтобы работать с данными  различных типов, необходимо унифицировать  форму их представления, а это возможно с помощью кодирования.

Сообщение, составленное из символов (букв) одного алфавита,  передается по каналу связи и может преобразовываться в сообщение из символов (букв) другого алфавита. Правило, описывающее однозначное соответствие букв алфавитов при таком преобразовании называется кодом. Саму процедуру преобразования сообщения называют перекодировкой. Подобное преобразование сообщения может происходить в момент поступления сообщения в канал связи (кодирование)  и в момент приема сообщения (декодирование). Устройства, обеспечивающие кодирование и декодирование, будем называть кодировщиком и декодировщиком.