Конспект лекций по дисциплине «информатика»

Введение.

Одно из первых определений информации принадлежит Н. Винеру:

“Информация - это обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспособления к нему наших чувств. Процесс получения и использования информации является процессом нашего приспособления к случайностям внешней среды и нашей жизнедеятельности в этой среде”.

Информация может быть перенесена в пространстве, сохранена во времени, передана другому познающему субъекту или техническому устройству (например, ЭВМ), подвергнута иным операциям, совокупность которых называют информационными процессами.

Известно широкое определение информатики, данное Международным конгрессом в Японии в 1978г.: “Понятие информатики охватывает области, связанные с разработкой, созданием, использованием и материально-техническим обслуживанием систем обработки информации, включая машины, оборудование, математическое обеспечение, организационные аспекты, а также комплекс промышленного, коммерческого, административного, социального и политического воздействия”. В этом определении можно выделить то главное, что и составляет основу современного содержания информатики, а именно ЭВМ и машинную обработку информации.

В информатике как области деятельности можно выделить несколько направлений:

- научное (фундаментальные исследования процессов получения, передачи, представления, хранения и обработки информации, а также разработка технических и программных средств для оперирования с информацией);

- промышленное (массовое производство компьютеров и других технических средств информатики);

- социальное (изучение и решение социальных вопросов информатизации общества, в том числе компьютеризации учебного процесса).

1. Автоматизированная обработка информации: основные понятия и технологии

1.1. Информация, информационные процессы и информационное общество Структура информационного процесса

Информация становится решающим фактором в мировой политике, экономике (торговле, производстве), именно она является продуктом научной и исследовательской деятельности. Возрастает потребность в средствах структурирования, накопления, хранения, поиска и передачи информации - удовлетворение именно этих потребностей и является целью создания и развития информационных сетей. При стремлении к совместному использованию вычислительных и информационных ресурсов возникает жизненная необходимость в обеспечении к ним доступа и их объединении с помощью сетей.

В этих условиях становится все труднее, иногда просто невозможно, сохранять качество научных исследований и разработок на уране мировых стандартов, не пользуясь таким мощным информационным инструментом, каким являются глобальные компьютерные сети, а коммерческим структурам становится невозможно достойно конкурировать на мировом рынке, не обладая мощными возможностями, предоставляемыми глобальными информационными сетями.

Компьютеризацию можно считать, пожалуй, наиболее значимой среди особенностей, характеризующих научно-технический прогресс человечества второй половины XX века.

Этим термином принято обозначать технику, математические методы и специальное программное обеспечение, применяемые для сбора, хранения и переработки информации, используемой в различных процессах управления, для обучения, а также для получения различного рода информационных и вычислительных услуг.

Компьютеризация - это собирательное понятие, оно включает в себя, объединяет в единое целое процессы использования логики, математического аппарата (в частности, для формализованного описания объектов и алгоритма решения правовых задач), теории информации и информационных систем и, наконец, самих компьютеров (как технических средств автоматизации информационных процессов).

“Сообщение” и “информация” - это основные понятия информатики, техническое значение которых не вполне соответствует употреблению этих двух слов в обиходной речи. Необходимое в связи с этим уточнение содержания указанных понятий не может быть достигнуто с помощью определения, так как последнее лишь сводило бы эти понятия к другим не определенным основным понятиям. Поэтому мы вводим сообщение и информацию как неопределяемые основные понятия

Для сообщений, которыми обмениваются люди, в большинстве случаев имеются соглашения относительно их формы. О таких сообщениях мы говорим, что они передаются в языковой форме, что они составлены на некотором языке.

Для нас особенно важны языки, в которых для передачи сообщений используются долговременные носители информации. При этом передача освобождается от гнета реального времени, и становятся даже возможными сообщения человека самому себе - заметки на память - и тем самым уменьшение нагрузки на человеческую память за счет использования “инструмента”.

Представление сообщений на долговременных носителях мы называем письмом, а сам долговременный носитель - носителем письма.

Внешне устройство связи, или, точнее, “приемопередающее устройство”, состоит из приемника (получателя) и передатчика (отправителя). О внутреннем строении устройств связи никаких общих утверждений сделать нельзя, разве что при более внимательном рассмотрении многие из них оказываются составленными из нескольких более мелких устройств связи.

Может случиться, что для сообщений на входе и на выходе используется один и тот же носитель. Такие устройства служат лишь для возможного усиления или регенерации сообщения, связанной с устранением помех, и называются релейными линиями. Примерами таких устройств являются рупор, слуховая трубка, а также их современные электронные варианты - мегафон и слуховой аппарат. Если для сообщений на входе и выходе устройства используются различные физические носители, то устройство связи называют преобразователем.

Протяженную в пространстве среду, “через” которую носитель сообщения передается от передатчика к приемнику, называют каналом (связи).

Современная техника в качестве носителей при передаче сообщений по каналам связи чаще всего использует

- механическое движение,

- механическое давление жидкостей и газов (гидравлика, пневматика),

- волны давления в жидкостях и газах (до 1 МГц, включая звуковые волны),

- электрические напряжения и токи,

- свободные электромагнитные волны (от 10² кГц до 10⁶ МГц), в том числе световые волны,

- пучки электромагнитных волн (светосигнальные аппараты, лазеры).

Изменение некоторой физической величины во времени, обеспечивающее передачу сообщения (а тем самым и информации), называется сигналом. При этом для воспроизведения сообщения могут использоваться различные свойства сигнала. Та характеристика сигнала, которая служит для представления сообщения, называется параметром сигнала.

Сигнал называется дискретным, если параметр сигнала может принимать лишь конечное число значений. Дискретными сообщениями называются такие сообщения, которые могут быть переданы с помощью дискретных сигналов.

Знак - это элемент некоторого конечного множества отличимых друг от друга “вещей”, набора знаков.

Набор знаков, в котором определен (линейный) порядок знаков, называется алфавитом.

Большое значение имеют наборы, состоящие всего из двух знаков. Такие наборы называют двоичными наборами знаков, а сами знаки - двоичными знаками. Вместо термина “двоичный знак” (англ.: binari digit) часто употребляют сокращение бит).

Примерами двоичных наборов знаков являются:

аа) пара цветов {“красный”, “зеленый”},

bb) пара яркостей {“светлый”, “темный”},

cc) пара цифр {0,1},

dd) пара состояний {“пробивка”, “нет пробивки”},

ее) пара жестов {“кивок головой”, “покачивание головой”},

ff) пара значений истинности {“истина”, “ложь”},

gg) пара ответов {“да”, “нет”},

hh) пара знаков {} (“повернуть налево”, “повернуть направо”),

ii) пара знаков {} (“мужской”, “женский”),

jj) пара знаков {¤,Ђ } (“включено”, “выключено”)

kk) пара напряжений {12В, 2В},

Набор знаков 7-разрядного двоичного кода ISO (первые два столбца содержат так называемые управляющие символы; буквой X помечены позиции, которые согласно принятым в данной стране нормам могут заполняться иначе).

Кодом называется правило, описывающее отображение одного набора знаков в другой набор знаков (или слов); так же называют и множество образов при этом отображении.

Если каждый образ при кодировании является отдельным знаком, то такое отображение мы называем шифровкой, а образы шифрами (англ. cipher). Поскольку здесь имеется криптографический аспект, обращение этого отображения когда оно однозначно - называется декодированием или дешифровкой.

Особым случаем является двоичное кодирование цифр. Оно осуществляется методами, учитывающими действия над числами, в частности их сложение. Значение этих кодов в последние годы заметно снизилось, так как машинные вычисления над числами осуществляются преимущественно в системе счисления с основанием 2, т. е. над двоичными цифрами О и 1. Числа, записанные в двоичной системе счисления, т. е. двоичные числа, это слова, составленные из двоичных цифр, и двоичные слова. Часто устанавливают соответствие

О <—> О,

l <—> L ,

хотя и против противоположного соответствия

О <—> L,

l <—> О

также возразить нечего.

Сообщения, которые не являются дискретными, например, такие неязыковые сообщения, как рисунки, карты, кривые, диаграммы, часто приближенно представляют дискретизациями, после чего с ними можно работать как с дискретными. Применяются два метода приближения: развертка и квантование.

Работая с компьютером, мы, чисто обращаемся к понятиям “бит” и “байт”. Бит - это двоичная цифра, принимающая значения О и 1. Байт состоит из восьми бит информации. Будучи электронным устройством. компьютер опознает только электрические сигналы, которые могут представлять О и 1. Можно условиться, что О соответствует низкое напряжение, а 1 - высокое. Однако для представления более сложной информации необходимо несколько бит. Например, буквы алфавита представлены обычно семью или восемью битами: принято считать, что в одном байте восемь бит. Применяют также и более емкие единицы - килобайт, мегабайт и гигабайт.

1 Кбайт = 1024 байт;

1 Мбайт = 1024 Кбайт = 1 048 576 байт;

1 Гбайт = 1024 Мбайт = 1 048 576 Кбайт = 1 073 741 824 байт.