Лекция по информатике на тему : Понятие информации. Виды информации. Средства хранения, передачи и обработки информации. Кодирование и измерение информации в ЭВМ.

Понятие информации. Виды информации. Средства хранения, передачи и обработки информации. Кодирование и измерение информации в ЭВМ.
Понятие «информация» является фундаментальным и базовым в информатике. В зависимости от области знания существуют различные подходы к определению понятия информации (например, в информатике используют два подхода – содержательный и кибернетический).
Информация – от латинского informatio – сведения, разъяснения, изложение.
В бытовом понимании информация – это некоторые сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальными устройствами. Под информацией в технике понимают сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов. Под информацией в теории информации понимают не любые сведения, а лишь те, которые снимают полностью или уменьшают существующую до их получения неопределенность. По определению К. Шеннона: «Информация – это снятая неопределенность». В кибернетике: информация (по определению Н. Виннера) – это часть знаний, которая используется для ориентирования, активного действия, управления, т.е. в целях сохранения, совершенствования, развития системы. В теории связи информация – это произвольный набор символов, и каждый новый символ увеличивает количество информации.
Можно привести и другие определения информации, характерные для конкретных предметных областей. Общим определением можно считать следующее: «Информация – это отражение внешнего мира с помощью знаков и сигналов».
Информация передается в виде сообщений, определяющих форму и представление передаваемой информации. Примерами сообщений являются: музыкальное произведение, телепередача, команды регулировщика на перекрестке, результаты работы программы на ЭВМ и т.д. Информация всегда связана с материальным носителем. Либо это акустическая волна (звук), либо электромагнитное излучение (свет, радиоволна), либо лист бумаги (написанный текст), либо что-то иное.
Носителями информации могут быть:
Любой материальный предмет (бумага, камень, дерево и т.д.);
Волны различной природы: акустическая (звук), электромагнитная (свет, радиоволна), гравитационная (давление, притяжение) и т.д.;
Вещество в различном состоянии (концентрация молекул в жидком растворе, температура и давление газа и т.д.)
Машинными носителями информации являются: перфокарты, перфоленты, магнитные ленты, диски и т.д.
Способом передачи информации является сигнал. Сигнал – это физический процесс, имеющий информационное значение. Он может быть непрерывным (аналоговым) или дискретным. В зависимости от этого информация бывает двух видов: непрерывная и дискретная. Непрерывная – если источник вырабатывает непрерывное сообщение. Например, человеческая речь, передаваемая модулированной звуковой волной; напряжение, ток, температура. Дискретная – если информация принимает последовательное во времени конечное число значений. Например, информация в книге представлена дискретно (в виде отдельных букв); сигналы светофора.
Информацию можно классифицировать по различным основаниям: по форме сигнала (непрерывная, дискретная), по способам восприятия, по форме представления и по общественному значению.
По способам восприятия:
Визуальная
Аудиальная
Тактильная
Обонятельная
Вкусовая
По форме представления:
Текстовая
Числовая
Графическая
Музыкальная
Комбинированная
По общественному значению:
Массовая: обыденная, общественно-политическая, эстетическая;
Специальная: научная, производственная, техническая, управленческая;
Личная: знания, умения, интуиция.
Информация обладает определенными свойствами. Можно выделить следующие основные свойства информации:
Объективность информации. Информация объективна, если она не зависит от чьего-либо мнения, суждения. Например, «на улице тепло» - субъективная информация, «на улице 22 градуса тепла» - объективная.
Достоверность информации. Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел. Недостоверной информация может быть по следующим причинам: преднамеренное искажение, искажение в результате воздействия помех, преувеличесние или преуменьшение реального факта.
Полнота информации. Информацию можно назвать полной, если ее достаточно для принятия решения.
Актуальность информации – существенность для настоящего времени.
Ценность информации – важность для принятия решения.
Запоминаемость
Передаваемость
Преобразуемость
Воспроизводимость
Стираемость
В информатике выделяют два способа измерения информации: вероятностный и объемный (алфавитный). Вероятностный способ измерения информации связан с содержательным подходом к определению информации, который рассматривает информацию с точки зрения ее роли в жизни и деятельности человека. С этой позиции информация – это знания, сведения, которыми обладает человек, которые он получает из окружающего мира. Поэтому данный способ не приемлем для измерения информации в ЭВМ.
Объемный (алфавитный) способ к измерению информации связан с кибернетическим подходом к определению понятия информации. В рамках кибернетического подхода под информацией понимается последовательность символов (сигналов) из некоторого алфавита. При объемном (алфавитном) способе речь идет об измерении количества информации в тексте (символьном сообщении), составленном из символов некоторого алфавита. К содержанию текста такая мера информации отношения не имеет. Поэтому такой подход можно назвать объективным, т.е. не зависящим от воспринимающего его субъекта. Объемный (алфавитный) способ – это единственный способ измерения информации, который может применяться по отношению к информации, обрабатываемой на ЭВМ.
При данном способе определения количества информации опираются на понятия алфавит и мощность алфавита:
Алфавит – конечное множество символов, используемых для представления информации. Число символов в алфавите называется мощностью алфавита.
Количество информации, которое несет в тексте каждый символ (i), вычисляется по формуле Хартли: 2i=N, где N – мощность алфавита (количество символов в алфавите). Величину i называют информационным весом символа.
Минимальная мощность алфавита, пригодного для передачи информации, равна 2 (если алфавит состоит из двух символов (0 и 1), то 2i=2. Так как 21=2, то отсюда следует, что i=1.). Такой алфавит называется двоичным алфавитом. Один символ двоичного алфавита несет 1 бит информации («0» или «1» – 1 бит). Основной единицей измерения информации является – бит.
Алфавит, мощностью 256 символов используется для внешнего представления текстов и другой символьной информации в ЭВМ. Информационный вес символа такого алфавита равен 8 битам (т.е. информационный вес любого символа с клавиатуры).
Количество информации во всем тексте (I), состоящем из К символов определяется, как произведение информационного веса символа на общее количество символов в тексте: I=i ( К (бит). Эту величину называют информационным объемом текста или количеством информации в тексте.
Пример:
Какое количество информации несет компьютерный текст из 10 строк, содержащий 80 символов в строке?
Решение:
I=i ( К = 8*10*80=6400(бит)
Единицы измерения количества информации:
0 или 1 – 1 бит информации;
8 бит – 1 байт информации;
1024 байт – 1 килобайт;
1024 килобайт – 1 мегабайт;
1024 мегабайт – 1 гигобайт.
Для того, чтобы измерить информацию в ЭВМ, ее необходимо предварительно закодировать, т.е. преобразовать информацию при поступлении от источника в канал связи. Вообще под кодированием понимается любое преобразование информации, идущей от источника, в форму, пригодную для ее передачи по каналу связи. Например, в телеграфной связи, радиосвязи широко применялся код азбуки Морзе, с помощью которого текст преобразовывался в последовательность точек и тире (коротких и длинных сигналов) и передавался в эфир. Воспринимающий такую информацию человек (или устройство) должен был уметь декодировать код обратно в текст.
Информацию, предназначенную для обработки ЭВМ, кодируют при помощи двоичной системы счисления. Создатели компьютеров отдают предпочтение именно двоичной системе счисления потому, что в техническом устройстве наиболее просто реализовать два противоположных состояния: некоторый физический элемент может быть намагничен в двух противоположных направлениях или устройство может пропускать либо не пропускать электрический ток или конденсатор в какой-то момент времени может быть заряжен либо не заряжен и т.п.. Символом 0 обозначают отсутствие электрического или электромагнитного сигнала, а символом 1 – его наличие. Вся информация – текстовая, числовая, графическая, звуковая представляется (кодируется) в виде последовательности нулей и единиц, а затем обрабатывается на ЭВМ. Существуют специальные кодировочные таблицы для каждого класса ЭВМ, где можно посмотреть код того или иного символа. Кодирование информации происходит в ЭВМ автоматически.
Объем информации, записанной двоичными знаками в памяти компьютера или на внешнем носителе информации подсчитывается по количеству требуемых для такой записи двоичных символов. Например, для кодирования буквы алфавита используют последовательность из 8 символов, т.е. объем информации, содержащийся в одной букве – 8 бит.
Средства хранения информации в ЭВМ: память (внутренняя и внешняя).
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Информационная структура внутренней памяти представляет собой последовательность двоичных ячеек битов. Битовая структура внутренней памяти определяет ее первое свойство: дискретность. Каждый бит памяти в данный момент хранит одно из двух значений: 0 или 1, то есть один бит информации. Второе свойство внутренней памяти – адресуемость. Но адресуются не биты, а байты 8 расположенных подряд битов памяти. Адрес байта – это его порядковый номер в памяти.
Доступ к информации в оперативной памяти происходит по адресам: чтобы записать данные в память, нужно указать, в какие байты ее следует занести. Точно так же и чтение из памяти производится по адресам. Таким способом процессор общается с оперативной памятью.
Информационная структура внутренней памяти битово-байтовая. Ее размер (объем) обычно выражают в килобайтах, мегабайтах.
Информационная структура внешней памяти файловая. Наименьшей именуемой единицей во внешней памяти является файл. Информация, хранящаяся в файле, тоже состоит из битов и байтов. Но, в отличие от внутренней памяти, байты на дисках не адресуются. При поиске нужной информации на внешнем носителе должно указываться имя файла, в котором она содержится; сохранение информации производится в файле с конкретным именем.
Средства передачи информации в ЭВМ: шина, порты ввода-вывода, адаптеры.

Обмен информацией между устройствами ПК осуществляется через общую многопроводную магистраль (шину), внешние устройства подсоединены к магистрали через контроллеры (адаптеры) и порты ввода-вывода.
Рассмотренную структуру ПК называют архитектурой с общей шиной (другое название магистральная архитектура). Впервые она была применена на мини-ЭВМ, затем перенесена на микро-ЭВМ и ПК. Ее главное достоинство простота, возможность легко изменять конфигурацию компьютера путем добавления новых устройств или замены старых. Отмеченные возможности принято называть принципом открытой архитектуры ПК.
Средства обработки информации в ЭВМ: центральный процессор, сопроцессор.
Процессор состоит из нескольких частей и его устройство можно представить в виде следующей схемы:
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Блок управления ЦП отвечает за вызов команд из памяти и определения их типа. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет арифметические (например, вычитание) и логические операции (например, логическое ИЛИ). Внутри ЦП находится память для хранения промежуточных результатов и некоторых команд управления. Эта память состоит из нескольких регистров, каждый из которых выполняет определенную функцию. Обычно все регистры имеют одинаковый размер. Каждый регистр содержит одно число, которое ограничивается размером регистра. Регистры считываются и записываются очень быстро, поскольку находятся внутри ЦП.
Самый важный из регистров – счетчик команд указывает, какую команду нужно выполнять дальше. Наличие данного регистра в компьютере было предложено еще в работах фон Неймана. Роль счетчика состоит в сохранении адреса очередной команды программы и автоматическом вычислении адреса следующей. Благодаря наличию программного счетчика в ЭВМ реализуется основной цикл исполнения последовательно расположенных команд программы.
ЦП выполняет каждую команду за несколько шагов:
вызывает следующую команду из памяти и переносит ее в регистр команд;
меняет положение счетчика команд, который теперь должен указывать на следующую команду. Это происходит после декодирования текущей команды, а иногда после ее выполнения;
определяет тип вызванной команды;
если команда использует слово из памяти, то определяет, где находится это слово;
переносит слово, если это необходимо, в регистр ЦП;
выполняет команду;
переходит к шагу 1, чтобы начать выполнение следующей команды.
Такая последовательность шагов (выборка–декодирование–исполнение) является основой работы всех компьютеров.








Раздел 1. Информатика


внутренняя

ПЗУ
(ROM)

ОЗУ
(RAM)

Память ПК

внешняя

диски

Жесткие

Гибкие

Оптические

Flash-память

Энергозави-симая;
Изменяемая;
Быстрая.

Энергонезави-симая;
Неизменяемая;
Быстрая;
Небольшая по объему.

ЦП



Блок управления

Арифметико-логическое устройство

Регистры



рис 2

Приложенные файлы


Добавить комментарий