Информация, информатика, представление информации 
Информация, информатика, представление информации
Министерство
науки и образования Украины
Славянский
государственный педагогический университет
Реферат
на тему:
Информация, информатика,
представление информации.
Студента 3 курса
Шрам Сергея
Славянск
2003
1. Информация,
информатика,
представление
информации.
Понятие об информации
Несмотря на то, что человеку постоянно приходится иметь
дело с информацией (он получает ее с помощью органов чувств), строгого научного
определения, что же такое информация, не существует. В тех случаях,
когда наука не может дать четкого определения какому-то предмету или явлению,
люди пользуются понятиями.
Понятия отличаются от определений тем, что разные люди
при разных обстоятельствах могут вкладывать в них разный смысл. В бытовом
смысле под информацией обычно понимают те сведения, которые человек получает от
окружающей природы и общества с помощью органов чувств. Наблюдая за природой, общаясь
с другими людьми, читая книги и газеты, просматривая телевизионные передачи, мы
получаем информацию.
Математик рассмотрит это понятие шире и включит в него
те сведения, которые человек не получал, а создал сам с помощью умозаключений.
Биолог же пойдет еще дальше и отнесет к информации и те данные, которые человек
не получал с помощью органов чувств и не создавал в своем уме, а хранит в себе
с момента рождения и до смерти. Это генетический код, благодаря которому дети так
похожи на родителей.
Итак, в разных научных дисциплинах и в разных областях
техники существуют разные понятия об информации. Нам же, приступая к изучению
информатики, надо найти что-то общее, что объединяет различные подходы. И такая
общая черта есть. Все отрасли науки и техники, имеющие дело с информацией,
сходятся в том, что информация обладает четырьмя свойствами. Информацию можно: создавать,
передавать (и, соответственно, принимать), хранить и обрабатывать.
Каждая дисциплина решает эти вопросы по-разному. В
нашем учебном пособии мы рассмотрим те средства, которые для этого
предоставляет информатика.
Информатика
Информатика — это техническая наука,
систематизирующая приемы создания, хранения, обработки и передачи информации
средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих
средств и методы управления ими.
Из этого определения видно, что информатика очень
близка к технологии, поскольку отвечает на вопрос как..?
• Как принимать и хранить информацию?
• Как обрабатывать информацию и преобразовывать ее в
форму, удобную для человека?
• Как использовать вычислительную технику с наибольшей
эффективностью?
• Как использовать достижения других наук для создания
новых средств вычислительной техники?
• Как управлять техническими средствами с помощью
программ?
Поэтому не случайно предмет, изучением которого
занимается информатика, нередко называют информационной технологией или компьютерной
технологией.
Важным в нашем определении является то, что у
информатики есть как бы две стороны. С одной стороны, она занимается изучением
устройств и принципов действия средств вычислительной техники, а с другой
стороны — систематизацией приемов и методов работы с программами, управляющими
этой техникой.
Краткая история
информатики
Корни информатики лежат в другой науке — кибернетике.
Понятие «кибернетика» впервые появилось в первой половине XIX века, когда
французский физик Андре Мари Ампер, известный нам из школьного курса физики по
закону Ампера, решил создать единую классификацию всех наук, как существовавших
в то время, так и гипотетических (которые не существовали, но, по его мнению,
должны были бы существовать). Он предположил, что должна существовать некая
наука, занимающаяся изучением искусства управления. Ампер не имел в виду
управление техническими системами, поскольку сложных технических систем в те
времена еще не было. Он имел в виду искусство управления людьми, то есть
обществом. Эту несуществующую науку Ампер назвал кибернетикой от греческого
слова кибернетикос (искусный в управлении). В Древней Греции этого
титула удостаивались лучшие мастера управления боевыми колесницами.
Впоследствии слово кибернетикос было
заимствовано римлянами — так в латинском языке появилось слово губернатор
(управляющий провинцией). Сегодня уже трудно догадаться, что слова
«кибернетика» и «губернатор» имеют одно происхождение, но это так.
С тех пор о кибернетике забыли более, чем на сто лет.
В 1948 году выдающийся американский математик Норберт Винер, труды которого по
математической логике легли в основу зарождавшегося тогда программирования
вычислительной техники, вновь возродил термин «кибернетика» и определил ее как
науку об управлении в живой природе и в технических системах. Это определение
оказалось весьма спорным. Смешивание живой природы и технических систем в одной
дисциплине привело к резкому неприятию такого определения учеными многих стран.
Особенно сильной критике зарождавшаяся кибернетика подверглась в Советском
Союзе. В большинстве стран мира научная дискуссия привела к расколу в научных
кругах, а в СССР, где кибернетика получила даже политическое осуждение, работы
в этой области были вообще прекращены на много лет, что болезненно сказывается
и по сей день.
Так из-за спорного определения в молодой зарождающейся
науке произошел раскол. Сегодня кибернетика продолжает изучать связь
между психологией и математической логикой, разрабатывает методы создания
искусственного интеллекта, но наряду с ней уже действует другая, отделившаяся
от нее наука. Она занимается проблемами применения средств вычислительной техники
для работы с информацией. В Великобритании и США эту науку называют computer science (наука о вычислительной технике). Во Франции она получила другое название — informatique (информатика). Оттуда это название и пришло к нам в Украину и
Россию, а также в некоторые другие страны Восточной Европы.
Информация аналоговая и
цифровая
Информацию можно классифицировать разными способами, и
разные науки делают это по-разному. Например, в философии различают информацию объективную
и субъективную. Объективная информация отражает явления природы и
человеческого общества. Субъективная информация создается людьми и отражает их
взгляд на объективные явления.
Для криминалистики, например, очень важно, что
информация бывает полной и неполной, истинной и ложной,
достоверной и недостоверной. Юристы рассматривают информацию как факты.
Физики же рассматривают информацию как сигналы — для них наиболее
важна передача информации, поскольку физика изучает законы природы, лежащие в
основе распространения сигналов разных видов (оптических, звуковых,
электромагнитных и других). Биология изучает методы обмена информацией между
животными, генетика изучает передачу информации по наследству с помощью генов,
а лингвистика изучает методы кодирования и выражения информации языковыми методами.
Каждая наука, занимающаяся вопросами, связанными с
информацией, вводит свою систему классификации. Для информатики самым главным
вопросом является то, каким образом используются средства вычислительной
техники для создания, хранения, обработки и передачи информации, поэтому у
информатики особый подход к классификации информации. В информатике отдельно
рассматривают аналоговую информацию и цифровую. Это важно,
поскольку человек благодаря своим органам чувств, привык иметь дело с
аналоговой информацией, а вычислительная техника, наоборот, в основном работает
с цифровой информацией.
Человек так устроен, что воспринимает информацию с
помощью органов чувств. Свет, звук и тепло — это энергетические сигналы, а вкус
и запах – это результат воздействия химических соединений, в основе которого
тоже энергетическая природа. Человек испытывает энергетические воздействия
непрерывно и может никогда не встретиться с одной и той же их комбинацией
дважды. Мы не найдем двух одинаковых зеленых листьев на одном дереве и не услышим
двух абсолютно одинаковых звуков — это информация аналоговая. Если же
разным цветам дать номера, а разным звукам — ноты, то аналоговую информацию
можно превратить в цифровую.
Музыка, когда мы ее слышим, несет аналоговую
информацию, но стоит только записать ее нотами, как она становится цифровой. Мы
легко различим разницу в одной и той же ноте, если исполнить ее на фортепиано и
на флейте, хотя на бумаге эти ноты выглядят одинаково.
Разница между аналоговой информацией и цифровой прежде
всего в том, что аналоговая информация непрерывна, а цифровая — дискретна.
Если у художника в палитре только одна зеленая краска, то непрерывную
бесконечность зеленых цветов листьев он передаст очень грубо, и все деревья на
картине будут иметь одинаковый цвет. Если у художника три разные зеленые
краски, то передача цвета уже будет чуть более точной. Для большей точности
передачи аналоговой информации о живой природе художники смешивают разные
краски и получают большое количество оттенков.
Аналого-цифровое
преобразование
Преобразование информации из аналоговой формы
в цифровую называют аналогово-цифровым преобразованием (АЦП).
Примеры аналоговой информации известны нам из
школьного курса математики. Графики непрерывных функций выражают аналоговую
информацию.
1. На рисунке показан график функции Y=X2. Это график непрерывной функции.
2. Тот же самый график после преобразования в цифровую
форму выглядит иначе — намного грубее.
3. Погрешность, которая возникает при таком
преобразовании, называется погрешностью оцифровки.
4. Преобразование можно сделать менее грубым, если
столбики диаграммы поставить почаще (так уменьшается дискретность).
5. Чем меньше дискретность, тем ближе цифровая
информация к аналоговой и меньше погрешность оцифровки.
Вы видите, что при уменьшении дискретности на
диаграмме становится больше столбиков. Если дискретность сделать очень
маленькой, то точность представления непрерывной аналоговой информации в виде
последовательности чисел можно сделать очень высокой, но и столбиков в
диаграмме будет больше. Поэтому чем ближе цифровая информация приближается по
качеству к аналоговой, тем больше вычислений приходится выполнять компьютеру, а
значит, тем больше информации ему надо хранить и обрабатывать.
Чем мощнее компьютер, тем больше информации он может
обработать в единицу времени. Чем быстрее компьютер обрабатывает информацию,
тем выше качество изображения, лучше звук и точнее результаты расчетов, но тем
дороже обходится людям прием, передача и обработка информации.
6. Справа показаны два «одинаковых» рисунка, полученные
из Интернета. Затраты времени (и средств) на прием второго рисунка в десять раз
выше, потому что он содержит больше информации.
Устройства аналоговые и
цифровые
Органы чувств человека так устроены, что он способен
принимать, хранить и обрабатывать аналоговую информацию. Многие устройства,
созданные человеком, тоже работают с аналоговой информацией.
1. Телевизор — это аналоговое устройство. Внутри
телевизора есть кинескоп. Луч кинескопа непрерывно перемещается по экрану. Чем
сильнее луч, тем ярче светится точка, в которую он попадает. Изменение свечения
точек происходит плавно и непрерывно.
2. Монитор компьютера тоже похож на телевизор, но это
устройство цифровое. В нем яркость луча изменяется не плавно, а скачком
(дискретно). Луч либо есть, либо его нет. Если он есть, мы видим яркую точку
(белую или цветную). Если луча нет, мы видим черную точку. Поэтому изображения
на экране монитора получаются более четкими, чем на экране телевизора.
3. Проигрыватель грампластинок — аналоговое
устройство. Чем больше высота неровностей на звуковой дорожке, тем громче
звучит звук.
4. Телефон — тоже аналоговое устройство. Чем громче мы
говорим в трубку, тем выше сила тока, проходящего по проводам, тем громче звук,
который слышит наш собеседник.
К цифровым устройствам относятся персональные
компьютеры — они работают с информацией, представленной в цифровой форме.
Цифровыми также являются музыкальные проигрыватели лазерных компакт-дисков,
поэтому музыкальные компакт-диски можно воспроизводить на компьютере.
Недавно началось создание цифровой телефонной связи, а
в ближайшие годы ожидается и появление цифрового телевидения. В некоторых
городах Украины и России уже работают цифровые телевизионные станции. После
того как телевидение станет цифровым, качество изображения на экране телевизора
намного улучшится — оно станет ближе к качеству изображения на экране
компьютерного монитора.
Понятие о кодировании
информации
Информация передается в виде сигналов. Когда мы
разговариваем с другими людьми, то улавливаем звуковые сигналы. Если мы смотрим
в окно, наш глаз принимает световые потоки, отраженные от объектов окружающей
природы. Световой поток — это тоже сигнал.
А как же информация хранится? Для того чтобы
информацию сохранить, ее надо закодировать. Любая информация всегда хранится в
виде кодов. Когда мы что-то пишем в тетради, мы на самом деле кодируем
информацию с помощью специальных символов. Эти символы всем знакомы —
они называются буквами. И система такого кодирования тоже хорошо известна — это
обыкновенная азбука. Жители других стран те же самые слова запишут по-другому
(другими буквами) — у них своя азбука. Можно сказать, что у них другая система
кодирования. В некоторых странах вместо букв используют иероглифы — это еще
более сложный способ кодирования информации.
Можно кодировать и звуки. С одной из таких систем
кодирования вы тоже хорошо знакомы: мелодию можно записать с помощью нот. Это
не единственная система кодирования музыки. В давние времена на Руси музыку
записывали с помощью так называемых «крюков» — это особая форма записи.
Хранить можно не только текстовую и звуковую
информацию. В виде кодов хранятся и изображения. Если посмотреть на рисунок с
помощью увеличительного стекла, то видно, что он состоит из точек — это так
называемый растр. Координаты каждой точки можно запомнить в виде чисел.
Цвет каждой точки тоже можно запомнить в виде числа. Эти числа могут храниться
в памяти компьютера и передаваться на любые расстояния. По ним компьютерные
программы способны изобразить рисунок на экране или напечатать его на принтере.
Изображение можно сделать больше или меньше, темнее или светлее, его можно
повернуть, наклонить, растянуть. Мы говорим о том, что на компьютере
обрабатывается изображение, но на самом деле компьютерные программы изменяют
числа, которыми отдельные точки изображения представлены в памяти компьютера.
Хранение цифровой
информации. Бит
Вы уже знаете, что компьютеры предпочитают работать с
цифровой информацией, а не с аналоговой. Так происходит потому, что цифровую
информацию очень удобно кодировать, а значит, ее удобно хранить и обрабатывать.
Компьютер работает с информацией по принципу «разделяй
и властвуй». Если это книга, то она делится на главы, разделы, абзацы,
предложения, слова и буквы (то есть, символы). Компьютер отдельно работает с
каждым символом. Если это рисунок, то компьютер работает с каждой точкой этого
рисунка отдельно.
Спрашивается, а до каких же пор можно делить
информацию? Буква — это самая маленькая часть информации? Оказывается, нет.
Существует много различных букв, и, для того чтобы компьютер мог различать
буквы, их тоже надо кодировать. В телеграфной азбуке, например, буквы кодирую г
с помощью точек и тире:
Точки и тире — это действительно самая малая часть
информации, но в информатике кодом телеграфной азбуки не пользуются. Вместо
точек и тире применяют нули и единицы — такой код называется двоичным.
По-английски двоичный знак звучит как binary digit Сокращенно получается bit
(бит).
Бит — это наименьшая единица информации, которая
выражает логическое значение. Да или Нет и обозначается двоичным
числом 1 или 0.
Если какая-то информация представлена в цифровом виде,
то компьютер легко превращает числа, которыми она закодирована, в
последовательности нулей и единиц, а дальше уже работает с ними. Вы тоже можете
преобразовать любое число в двоичную форму. Делается это следующим образом.
1. Берем, например, число 29. Поскольку это число
нечетное, отнимаем от него единицу, записываем ее отдельно, а число делим
пополам. Получилось 14.
2. Число 14 — четное. Отнимать от него единицу не
нужно, поэтому слева от «запомненной» единицы запишем 0. Число делим пополам,
получаем 7.
3. Число 7 — опять нечетное. Отнимаем от него единицу,
записываем ее отдельно и делим число пополам. Получается 3.
4. Число 3 — нечетное. Отнимаем единицу, записываем ее
отдельно, и результат делим пополам — получаем 1.
5. Последнюю единицу уже не делим, а просто записываем
слева от полученного результата.
Страницы: 1, 2
|
