- •Раздел 1 (Лекция 1)
- •Цель и задачи курса «Информатика»
- •Сущность и цели информатизации общества
- •Неизбежность информатизации
- •Признаки информационного общества
- •Переход от постиндустриального общества к информационному
- •Информатика как научный фундамент информатизации
- •Краткая история развития информатики
- •Информатика: ИТ и АИС
- •Информационные технологии
- •Автоматизированные информационные системы
- •Структура АИС как совокупность 6-ти обеспечивающих подсистем
- •Основные этапы технологического процесса в АИС
- •Классификация АИС
- •Значение информационных технологий
- •Информационный ресурс общества
- •Предметная область информатики
- •Раздел 2 (Лекции 2-3)
- •Термин Информация
- •Термин данные
- •Общая схема передачи информации
- •Информационное сообщение
- •Аналоговая и дискретная информация
- •Термин Вычислительная машина (Компьютер)
- •Классификация вычислительных машин
- •Алфавитный способ Представление дискретной информации в ЭВМ
- •Процессы кодирования и декодирования информации
- •Классификация информации
- •Свойства информации: внутренние и внешние
- •Качество информации
- •Показатели качества
- •Набор важнейших показателей качества информации
- •Адекватность информации
- •Внутренние свойства информации
- •Знания и их свойства
- •Методы и модели оценки количества информации
- •Способы измерения информации
- •Объёмный способ измерения информации
- •Единицы измерения объёма
- •Энтропийный способ измерения количества информации
- •Формула Шеннона
- •Формула Хартли
- •Информативность сообщения
- •Алгоритмический способ измерения информации
- •Понятие Машины Тьюринга
- •Основные понятия теории алгоритмов
- •Алгоритмическая модель и её составляющие
- •Три основных класса алгоритмических моделей
- •Описание машины Тьюринга
- •Пример машинной модели (алгоритм сложения)
- •Алгоритмы Маркова
- •Понятие алгоритмически неразрешимой задачи
- •Раздел 3 (Лекции 4-5)
- •Системы счисления
- •Алфавит систем счисления
- •Базисные числа систем счисления
- •Аддитивно-мультипликативные системы счисления
- •Позиционные системы счисления
- •Основание позиционной системы счисления
- •Запись и изображение произвольного числа X в К-ичной позиционной системе счисления
- •Двоичная система счисления
- •Арифметические операции в двоичной системе счисления
- •Постановка задачи перевода чисел из одной системы счисления в другую
- •Перевод целых чисел
- •Перевод дробных чисел
- •Понятие смешанной системы счисления
- •Условие однозначности записи чисел в смешанной системе счисления
- •Двоично-десятичная система
- •Двоично-шестнадцатеричная система
- •Свойство смешанных систем и использование его в практических целях
- •Цели кодирования информации
- •Назначение памяти ЭВМ
- •Машинное слово
- •Ёмкость памяти
- •Свойства числовой системы ЭВМ
- •Числовая система ЭВМ без знака и со знаком
- •Операция дополнения до двух
- •Контроль правильности выполнения арифметических операций с помощью индикаторов переноса и переполнения
- •Операция вычитания положительных чисел
- •Коды представления чисел в ЭВМ
- •Раздел 4 (Лекция 6)
- •Представление символьной информации в ЭВМ
- •Требования к построению схем преобразования
- •Распространенные схемы кодирования
- •Код ASCII
- •Кодирование графической информации
- •Качество кодирования
- •Виды представления графических изображений (растровое, векторное, фрактальное, 3D графика)
- •Системы кодирования цветных изображений: HSB, RGB и CMYK
- •Режимы представления цветной графики (полноцветный, индексный)
- •Кодирование звуковой информации
- •Аналого-цифровое преобразование звука
- •Значения разрядности для звука
- •Форматы данных в ЭВМ
- •Представление логических кодов и структура разрядной сетки
- •Представление чисел в формате с фиксированной запятой и особенности данного формата
- •Представление чисел в формате с плавающей запятой
- •Процедура нормализации справа
- •Структура разрядной сетки
- •Выполнение арифметических операций над числами, представленными в формате с плавающей запятой
- •Сравнение форматов чисел с фиксированной и плавающей запятой
- •Раздел 5 (Лекция 7)
- •Общая характеристика процесса восприятия информации
- •Важнейшая проблема восприятия информации
- •Сбор информации, этапы сбора информации
- •Цифровой измерительный прибор
- •Передача информации
- •Структурная схема канала передачи данных
- •Повышения достоверности передачи данных
- •Обработка информации
- •Обобщенная структура вычислительной системы
- •Организация вычислительного процесса
- •Формы использования вычислительных ресурсов
- •Режимы взаимодействия пользователя с вычислительной системой
- •Хранение и накопление информации
- •Поиск данных
- •Раздел 6 (Лекция 8-9)
- •Классификация вычислительных средств
- •Понятие ЭВМ
- •Обобщенная структурная схема ЭВМ неймановской архитектуры
- •Формулировка принципов фон Неймана
- •Архитектура ЭВМ
- •Конфигурация и организация ЭВМ
- •Понятие команды и режима адресации
- •Упрощенная схема ЭВМ с шинной организацией
- •Арифметико-логическое устройство центрального процессора: состав и функции
- •Функции устройства управления центрального процессора
- •Состав устройства управления
- •Назначение и свойства памяти ЭВМ
- •Системная шина: назначение и состав
- •Принципиально общие закономерности в организации шин
- •Структура шины управления
- •Операции чтения и записи
- •Виды программно-управляемой передачи данных
- •Обобщенный алгоритм функционирования фон-неймановской ЭВМ с шинной организацией
- •Особенности реализации цикла процессора в ЭВМ с различной конфигурацией
- •Шинная организация: достоинства и недостатки
- •Раздел 7 (Лекции 10-12)
- •Упрощенная схема ЭВМ с канальной организацией
- •Понятие канала
- •Принципы подключения внешних устройств к каналам
- •Контроллер оперативной памяти
- •Канальные команды и команды ЦП для работы с каналами
- •Преимущества канальной организации ЭВМ
- •Канал как специализированный узел
- •Информационная модель ЭВМ
- •Основные характеристики ЭВМ при использовании информационной модели
- •Типовые схемы организации ЭВМ
- •Система команд ЭВМ
- •Классификация команд ЭВМ
- •Структура команды ЭВМ
- •Трёхадресная команда
- •Команды передачи данных
- •Команды обработки данных
- •Команды передачи управления
- •Организация подпрограмм в программе
- •Адрес возврата
- •Понятие стека и его организация
- •Структура данных стека на примере
- •Общие сведения о ПЭВМ
- •Смена поколений ПЭВМ
- •Роль компьютера IBM PC\
- •Классификация ПЭВМ
- •Структурная схема ПЭВМ с периферийными устройствами
- •Центральный микропроцессор, его функции и состав
- •МП с архитектурой RISC
- •Внутренняя память ПЭВМ
- •Сегментация оперативной памяти ПЭВМ
- •Расположение сегментов оперативной памяти ПЭВМ. Внешние запоминающие устройства ПЭВМ
- •Кластер
- •Размеры кластера
- •Фрагментация
- •Физический и логический формат диска
- •Таблица расположения файлов (File Allocation Table - FAT)
- •Стандартная файловая система для семейства операционных систем MS Windows: NTFS (New Technol File System)
- •Раздел 8 (Лекция 14)
- •Понятие алгоритма
- •Алгоритмический процесс
- •Семь независимых параметров алгоритма
- •Пример: параметры алгоритма Евклида
- •Способы описания алгоритмов
- •Словесно-формульный способ
- •Блок-схемный
- •Структурная блок-схема алгоритма
- •Линейные, ветвящиеся и циклические алгоритмы
- •Методы разработки алгоритмов
- •Раздел 9 (Лекция 13)
- •Программное обеспечение ЭВМ
- •Системное ПО: назначение и классификация
- •Общесистемное ПО
- •Прикладное ПО: назначение и классификация
- •Классификация пакетов прикладных программ
- •Этапы решения научно-технических задач на ЭВМ
- •Основные направления в программировании
- •Процедурное программирование
- •Структура процедуры и функции
- •Модульное программирование
- •Основная задача модульного программирования
- •Объектно-ориентированное программирование
- •Основные понятия ООП
Говорить о воздействии науки на что-либо вне информационного процесса бессмысленно. Научная идея должна превратиться в информацию, т.е. быть закодированной, переданной по каналу связи, принятой адресатом, чтобы её можно было применить на практике. Знания должны определённым образом фиксироваться, трансформироваться, распределяться, приниматься и перерабатываться.
Информационные технологии и выступают новым средством превращения знаний в информационный ресурс (ИР) общества. ИТ стали также средством эффективного использования ИР.
Информационный ресурс общества
Информационные ресурсы – это знания, подготовленные людьми для социального использования в обществе и зафиксированные на материальном носителе. Информационные ресурсы общества (знания) отчуждены от тех людей, которые их создавали, накапливали, анализировали и т.д.
Эти знания материализовались в виде: документов, баз данных, баз знаний, алгоритмов, компьютерных программ, произведений искусства, литературы, науки.
Информационный ресурс страны, общества рассматривается как стратегический ресурс, аналогичный по значимости сырьевому и энергетическим ресурсам.
Предметная область информатики
Информационный ресурс стал основным ресурсом человечества, главной ценностью современной цивилизации.
Таким образом, предметом информатики является информационный ресурс как симбиоз знания и информации
Итак, «оттолкнувшись от ЭВМ», информатика во главу угла ставит новые понятия — ИР и его социальную полезность, отдачу. Поэтому по аналогии с термодинамикой информатику можно назвать информдинамикой — наукой о развитии социальных систем под воздействием ИР (семантической информации).
Раздел 2 (Лекции 2-3)
Термин Информация
Термин информация имеет множество определений. В «Энциклопедии кибернетики» читаем: «информация ( лат. informatio — разъяснение, изложение, осведомленность ) — одно из наиболее общих понятий науки, обозначающее некоторые сведения, совокупность каких-либо данных, знаний».
«Информация» в широком смысле—отражение реального мира; в узком смысле «информация» — это любые сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования.
Информация – это сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.
С практической точки зрения информация всегда представляется в виде сообщения.
Термин данные
Очень широко используется еще один термин: данные (лат. data). Этот термин применяется к информации, представленной в виде, позволяющем хранить, передавать или обрабатывать ее с помощью технических средств.
Поэтому наряду с терминами ввод информации, обработка информации, хранение информации, поиск информации используются термины ввод данных, обработка данных, хранение данных и т. п.
Общая схема передачи информации
Источник сообщений -> Кодирующее устройство -> Канал связи -> Декодирующее устройство -> Получатель сообщений
Информационное сообщение
Сообщение от источника к получателю (приемнику) передается в материально-энергетической форме (электрический, световой, звуковой сигналы и т. д.). Человек воспринимает сообщения посредством органов чувств.
Приемники информации в технике воспринимают сообщения с помощью различной измерительной и регистрирующей аппаратуры.
В обоих случаях с приемом информации связано изменение во времени какой-либо величины, характеризующей состояние приемника.
Информационное сообщение представим функцией х(t)
Страница 5 из 45
Функция х(t), характеризует изменение во времени материально-энергетических параметров физической среды, в которой осуществляются информационные процессы.
Функция х(t) принимает любые вещественные значения в диапазоне изменения времени (t).
Аналоговая и дискретная информация
Если функция х(t) непрерывна, то имеет место непрерывная или аналоговая информация, источником которой обычно являются различные природные объекты (например, температура, давление и влажность воздуха), объекты технологических производственных процессов (например, нейтронный поток в активной зоне, давление и температура теплоносителя в контурах ядерного реактора) и др.
Если функция х(t) дискретна, то информационные сообщения, используемые человеком, имеют характер дискретных сообщений (например, сигналы тревоги, передаваемые посредством световых и звуковых сообщений, языковые сообщения, передаваемые в письменном виде или с помощью звуковых сигналов; сообщения, передаваемые с помощью жестов, и др.).
Термин Вычислительная машина (Компьютер)
В современном мире информация обрабатывается на вычислительных машинах. Поэтому информатика тесно связана с инструментарием — вычислительной машиной (ВМ).
Computer — устройство преобразования информации посредством выполнения управляемой программой последовательности операций.
Синоним компьютера — вычислительная машина, чаще электронная вычислительная машина
(ЭВМ).
Классификация вычислительных машин
АВМ и ЦВМ
Аналоговая вычислительная машина (АВМ) — это машина, оперирующая информацией,
представленной в виде непрерывных изменений некоторых физических величин.
При этом в качестве физических переменных используются сила тока электрической цепи, угол поворота вала, скорость и ускорение движения тела и т. п.
Используя тот факт, что многие явления в природе математически описываются одними и теми же уравнениями, АВМ позволяют с помощью одного физического процесса моделировать различные процессы.
Цифровая вычислительная машина (ЦВМ) — машина, оперирующая информацией,
представленной в дискретном виде.
В настоящее время разработаны методы численного решения многих видов уравнений, что дало возможность решать на ЦВМ различные уравнения и задачи с помощью набора простых арифметических и логических операций.
Страница 6 из 45
Поэтому, если АВМ обычно предназначаются для решения определенного класса задач, т.е. являются специализированными, то ЦВМ, как правило, являются универсальным вычислительным средством.
Алфавитный способ Представление дискретной информации в ЭВМ
Алфавитный способ основан на использовании фиксированного конечного набора символов любой природы, называемого алфавитом.
Примерами алфавитов могут служить алфавиты естественных человеческих языков, совокупность десятичных цифр, любая другая упорядоченность знаков, предназначенная для образования и передачи сообщений.
Символы из набора алфавита называются буквами, а любая конечная последовательность букв — словом в этом алфавите. При этом не требуется, чтобы слово обязательно имело языковое смысловое значение.
Процессы кодирования и декодирования информации
Все процессы, происходящие в вычислительной системе, связаны непосредственно с различными физическими носителями информационных сообщений, а все узлы и блоки этой системы являются физической сферой, в которой осуществляются информационные процессы.
Процесс преобразования информации часто требует представлять буквы одного алфавита средствами (буквами, словами) другого алфавита. Такое представление называется кодированием.
Процесс обратного преобразования информации относительно ранее выполненного кодирования называется декодированием.
Классификация информации
Рассмотрим следующий перечень: генетическая информация; геологическая информация; синоптическая информация; ложная информация (дезинформация); полная информация; экономическая информация; техническая информация и т. д.
Действительно, что в этом перечне приведены не все виды информации, кроме того, от этого
перечня мало проку. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Этот |
перечень не |
систематизирован. Для того чтобы классификация по видам была полезной, |
||||||
она должна быть основана на некоторой системе. |
Обычно в |
качестве |
базы |
для классификации |
||||
используется то или иное свойство (может быть набор свойств) объектов. |
|
|
|
|||||
Свойства информации: внутренние и внешние |
|
|
|
|
||||
Как |
правило, |
свойства |
объектов |
можно |
разделить |
на |
два |
больших |
класса: внешние и внутренние свойства.
Внешние свойства — это свойства, характеризующие поведение объекта при взаимодействии с другими объектами.
Внутренние свойства — это свойства, органически присущие объекту. Они обычно «скрыты» от изучающего объект и проявляют себя косвенным образом при взаимодействии данного объекта с другими.
Качество информации
Качество информации — обобщённая положительная характеристика информации, отражающая степень её полезности для потребителя.
Показатель качества — одно из важных положительных свойств информации (с позиции потребителя).
Чаще всего рассматривают показатели качества, которые можно выразить числом, и такие показатели являются количественными характеристиками положительных свойств информации.
При этом, любое отрицательное свойство может быть заменено обратным ему, положительным
Показатели качества
Релевантность — способность информации соответствовать нуждам (запросам) потребителя. Полнота — свойство информации исчерпывающе (для данного потребителя) характеризовать
отображаемый объект или процесс.
Своевременность — способность информации соответствовать нуждам потребителя в нужный момент времени.
Достоверность — свойство информации не иметь скрытых ошибок.
Набор важнейших показателей качества информации
Страница 7 из 45
Релевантность — способность информации соответствовать нуждам (запросам) потребителя. Полнота — свойство информации исчерпывающе (для данного потребителя) характеризовать
отображаемый объект или процесс.
Своевременность — способность информации соответствовать нуждам потребителя в нужный момент времени.
Достоверность — свойство информации не иметь скрытых ошибок.
Доступность — |
свойство информации, характеризующее возможность ее получения данным |
||
потребителем. |
|
|
|
Защищённость |
— свойство, |
характеризующее |
невозможность несанкционированного |
использования или изменения информации.
Эргономичность — свойство, характеризующее удобство формы или объема информации с точки зрения данного потребителя.
Конфиденциальность – свойство информации быть известной только допущенным и прошедшим проверку (авторизацию) субъектам (пользователям, процессам, программам)
Адекватность информации Адекватность – это свойство информации однозначно соответствовать отображаемому объекту
или явлению.
Это вторая группа внешних свойств информации с точки зрения: информация – отображаемый объект.
Адекватность также является для потребителя внутренним свойством информации, проявляющим себя через релевантность и достоверность
Внутренние свойства информации |
|
|
|
|
|
|
Среди внутренних свойств информации важнейшими являются два: |
|
|
|
|
||
объем (количество) информации и её внутренняя |
организация – структура. |
|
|
|||
Об объёме и количестве информации речь пойдёт позднее, |
а |
по |
способу |
ее |
||
внутренней организации информацию делят на две группы: |
|
|
|
|
|
|
1. |
Данные или простой, логически неупорядоченный |
набор сведений. |
|
|
|
|
2. |
Логически упорядоченные, организованные наборы данных. |
|
|
|
|
|
Упорядоченность достигается наложением на данные некоторой |
структуры |
(отсюда |
часто |
|||
используемый термин — структура данных). |
|
|
|
|
|
Знания и их свойства
Во второй группе выделяют особым образом организованную информацию — знания.
Знания (в отличие от данных) представляют информацию не о каком-то единичном и конкретном факте, а о том, как устроены все факты определённого типа.
Знания обладают свойствами:
Внутренняя интерпретируемость Структурированность Связанность Активность
Все эти свойства знаний в конечном итоге обеспечивают возможность моделировать рассуждения человека в системах искусственного интеллекта.
Методы и модели оценки количества информации
Как и для характеристик вещества (вспомним массу, заряд, объем и т.д.), так и для характеристик информации имеются единицы измерения, что позволяет некоторой порции информации приписывать числа — количественные характеристики информации.
Способы измерения информации
На сегодняшний день наиболее известны следующие способы измерения информации: Объёмный (самый простой и грубый), Энтропийный (принят в теории информации и кодировании),
Алгоритмический (оценка сложности и размера соответствующей программы).
Объёмный способ измерения информации
Объем информации в сообщении — это количество символов в сообщении.
Страница 8 из 45