Глава 1. Введение в информатику

1.1. Что такое инфоpматика?

Таким образом, информатика базируется на компьютерной технике и немыслима без нее.

Российский академик А.А. Дородницин выделяет в информатике три неразрывно и существенно связанные части — технические средства, программные и алгоритмические.

Для обозначения программных средств, под которыми понимается совокупность всех программ, используемых компьютерами, и область деятельности по их созданию и применению, используется слово Software (буквально — «мягкие изделия»), которое подчеркивает равнозначность самой машины и программного обеспечения, а также способность программного обеспечения модифицироваться, приспосабливаться и развиваться.

Программированию задачи всегда предшествует разработка способа ее решения в виде последовательности действий, ведущих от исходных данных к искомому результату, иными словами, разработка алгоритма решения задачи. Для обозначения части информатики, связанной с разработкой алгоритмов и изучением методов и приемов их построения, применяют термин Brainware (англ. brain — интеллект).

Роль информатики в развитии общества чрезвычайно велика. С ней связано начало революции в области накопления, передачи и обработки информации. Эта революция, следующая за революциями в овладении веществом и энергией, затрагивает и коренным образом преобразует не только сферу материального производства, но и интеллектуальную, духовную сферы жизни.

Прогрессивное увеличение возможностей компьютерной техники, развитие информационных сетей, создание новых информационных технологий приводят к значительным изменениям во всех сферах общества: в производстве, науке, образовании, медицине и т.д.

1.2. Что такое информация?

Клод Шеннон, американский учёный, заложивший основы теории информации — науки, изучающей процессы, связанные с передачей, приёмом, преобразованием и хранением информации, — рассматривает информацию как снятую неопределенность наших знаний о чем-то.

Люди обмениваются информацией в форме сообщений. Сообщение — это форма представления информации в виде речи, текстов, жестов, взглядов, изображений, цифровых данных, графиков, таблиц и т.п.

Так, сообщение, составленное на японском языке, не несёт никакой новой информации человеку, не знающему этого языка, но может быть высокоинформативным для человека, владеющего японским. Никакой новой информации не содержит и сообщение, изложенное на знакомом языке, если его содержание непонятно или уже известно.

В случаях, когда говорят об автоматизированной работе с информацией посредством каких-либо технических устройств, обычно в первую очередь интересуются не содержанием сообщения, а тем, сколько символов это сообщение содержит.

1.3. В каком виде существует информация?

Предметы, процессы, явления материального или нематериального свойства, рассматриваемые с точки зрения их информационных свойств, называются информационными объектами.

1.4. Как передаётся информация?

1.5. Как измеряется количество информации?

Подходы к определению количества информации. Формулы Хартли и Шеннона.

Допустим, нужно угадать одно число из набора чисел от единицы до ста. По формуле Хартли можно вычислить, какое количество информации для этого требуется: I = log 2 100 > 6,644. Таким образом, сообщение о верно угаданном числе содержит количество информации, приблизительно равное 6,644 единицы информации.

За единицу информации можно было бы выбрать количество информации, необходимое для различения, например, десяти равновероятных сообщений. Это будет не двоичная (бит), а десятичная ( дит ) единица информации.

1.6. Что можно делать с информацией?

Все эти процессы, связанные с определенными операциями над информацией, называются информационными процессами.

1.7. Какими свойствами обладает информация?

Точность информации определяется степенью ее близости к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т.п.

Информация должна преподноситься в доступной (по уровню восприятия) форме. Поэтому одни и те же вопросы по разному излагаются в школьных учебниках и научных изданиях.

Информацию по одному и тому же вопросу можно изложить кратко (сжато, без несущественных деталей) или пространно (подробно, многословно). Краткость информации необходима в справочниках, энциклопедиях, учебниках, всевозможных инструкциях.

1.8. Что такое обработка информации?

Обработка является одной из основных операций, выполняемых над информацией, и главным средством увеличения объёма и разнообразия информации.

Средства обработки информации — это всевозможные устройства и системы, созданные человечеством, и в первую очередь, компьютер — универсальная машина для обработки информации.

Компьютеры обрабатывают информацию путем выполнения некоторых алгоритмов.

Живые организмы и растения обрабатывают информацию с помощью своих органов и систем.

1.9. Что такое информационные ресурсы и информационные технологии?

Человечество занималось обработкой информации тысячи лет. Первые информационные технологии основывались на использовании счётов и письменности. Около пятидесяти лет назад началось исключительно быстрое развитие этих технологий, что в первую очередь связано с появлением компьютеров.

Они находят применение в промышленности, торговле, управлении, банковской системе, образовании, здравоохранении, медицине и науке, транспорте и связи, сельском хозяйстве, системе социального обеспечения, служат подспорьем людям различных профессий и домохозяйкам.

В настоящее время создание крупномасштабных информационно-технологических систем является экономически возможным, и это обусловливает появление национальных исследовательских и образовательных программ, призванных стимулировать их разработку.

1.10. Что понимают под информатизацией общества?

Цель информатизации — улучшение качества жизни людей за счет увеличения производительности и облегчения условий их труда.

Информатизация — это сложный социальный процесс, связанный со значительными изменениями в образе жизни населения. Он требует серьёзных усилий на многих направлениях, включая ликвидацию компьютерной неграмотности, формирование культуры использования новых информационных технологий и др.

1.11. Вопросы для самоконтроля

1.1. Что означает термин «информатика» и каково его происхождение?

1.2. Какие области знаний и административно-хозяйственной деятельности официально закреплены за понятием «информатика» с 1978 года?

1.3. Какие сферы человеческой деятельности и в какой степени затрагивает информатика?

1.4. Назовите основные составные части информатики и основные направления её применения.

1.5. Что подразумевается под понятием «информация» в бытовом, естественно-научном и техническом смыслах?

1.6. Приведите примеры знания фактов и знания правил. Назовите новые факты и новые правила, которые Вы узнали за сегодняшний день.

1.7. От кого (или чего) человек принимает информацию? Кому передает информацию?

1.8. Где и как человек хранит информацию?

1.9. Что необходимо добавить в систему «источник информации — приёмник информации», чтобы осуществлять передачу сообщений?

1.10. Какие типы действий выполняет человек с информацией?

1.11. Приведите примеры ситуаций, в которых информация

1.12. Приведите примеры обработки информации человеком. Что является результатами этой обработки?

1.14. Назовите системы сбора и обработки информации в теле человека.

1.15. Приведите примеры технических устройств и систем, предназначенных для сбора и обработки информации.

1.16. От чего зависит информативность сообщения, принимаемого человеком?

1.17. Почему количество информации в сообщении удобнее оценивать не по степени увеличения знания об объекте, а по степени уменьшения неопределённости наших знаний о нём?

1.18. Как определяется единица измерения количества информации?

1.19. В каких случаях и по какой формуле можно вычислить количество информации, содержащейся в сообщении?

1.20. Почему в формуле Хартли за основание логарифма взято число 2?

1.21. При каком условии формула Шеннона переходит в формулу Хартли?

1.22. Что определяет термин «бит» в теории информации и в вычислительной технике?

1.23. Приведите примеры сообщений, информативность которых можно однозначно определить.

1.24. Приведите примеры сообщений, содержащих один (два, три) бит информации.

1.12. Упражнения

1.1. Запишите множество вариантов загорания двух светофоров, расположенных на соседних перекрёстках.
[ Ответ ]

1.2. Три человека, Иванов, Петров и Сидоров, образуют очередь. Запишите все возможные варианты образования этой очереди.
[ Ответ ]

1.3. Назовите все возможные комбинации из двух различных нот (всего нот семь: до, ре, ми, фа, соль, ля, си).
[ Ответ ]

1.4. Пусть голосуют 3 человека (голосование «да»/»нет»). Запишите все возможные исходы голосования.
[ Ответ ]

1.5. Предположим, что имеются 3 автомобильные дороги, идущие от Парижа до Тулузы, и 4 — от Тулузы до Мадрида. Сколькими способами можно выбрать дорогу от Парижа в Мадрид через Тулузу? Попытайтесь найти систематический метод для последовательного нахождения решения так, чтобы можно было составить список способов, не пропустив ни одного из них.
[ Ответ ]

1.6. Поезд находится на одном из восьми путей. Сколько бит информации содержит сообщение о том, где находится поезд?
[ Ответ ]

1.7. Сколько существует различных двоичных последовательностей из одного, двух, трех, четырёх, восьми символов?
[ Ответ ]

1.8. Каков информационный объём сообщения «Я помню чудное мгновенье» при условии, что один символ кодируется одним байтом и соседние слова разделены одним пробелом?
[ Ответ ]

1.10. Сколько бит необходимо, чтобы закодировать оценки: «неудовлетворительно», «удовлетворительно», «хорошо» и «отлично»?
[ Ответ ]

1.12. Сколько байт памяти необходимо, чтобы закодировать изображение на экране компьютерного монитора, который может отображать 1280 точек по горизонтали и 1024 точек по вертикали при 256 цветах?
[ Ответ ]

1.13. Решите уравнение: 8 x (бит) = 32 (Кбайт).
[ Ответ ]

1.15. Определите правила формирования приведённых ниже последовательностей и вставьте пропущенные числа [49] :

Источник

Понятие информации. Информатика

Слово «информация» происходит от латинского слова informatio, что означает разъяснение, высказывания, осведомленность. Само слово информация лишь сравнительно недавно стало превращаться в точный термин. До этого информацию воспринимали как то, что присутствует в языке, письме или передается при общении. Сейчас смысл, который вкладывается в это понятие, очень изменился и расширился. Возникла особая математическая дисциплина — теория информации.

Хотя в теории информации и вводится несколько ее конкретных определений, все они не охватывают всего объема этого понятия. Рассмотрим некоторые определения.

Информация — это отражение реального (материального, предметного) мира, которое выражается в виде сигналов, знаков.

Информация — любая совокупность сигналов, сведений (данных), которые какая-либо система воспринимает из окружающей среды (входная информация), выдает в окружающую среду ( исходящая информация ) или сохраняется внутри определенной системы (внутренняя информация).

Информация существует в виде документов, рисунков, текстов, звуковых и световых сигналов, энергетических и нервных импульсов и т.п.

Под информацией понимают сведения об объектах окружающего мира, которые воспринимаются человеком, животным, растительным миром или специальными устройствами и повышают их уровень информированности.

Информация передается с помощью сообщений. Сообщение бывают устными, письменными, в виде рисунков, жестов, специальных знаков или организованными каким-то другим образом. Примерами сообщений являются: показания измерительного устройства, дорожные знаки, текст телеграммы, устный рассказ и тому подобное.

С помощью сообщений происходит обмен информацией между людьми, между людьми и машинами, между машинами; обмен сигналами в растительном и животном мире, от клетки к клетке, от организма в организм и тому подобное. Рекомендуем также прочитать статью «Информационные сообщения и процессы«.

Виды информации

Информацию можно разделить на виды по нескольким признакам:

По способу восприятия

Для человека информация делится на виды в зависимости от типа рецепторов, воспринимающих ее:

По форме представления

По форме представления информация делится на следующие виды:

Свойства информации

Полезность. Полезность информации оценивается по тем задачам, которые можно решить с ее использованием. Сведения, важные и полезные для одного человека, оказываются бесполезными для другого, если он не может их использовать.

Актуальность. Информация актуальна (своевременна), если она важна в данный момент времени. Если вы собираетесь ехать поездом, то для вас важна информация о том, когда этот поезд отправляется. Однако эта информация теряет свою актуальность после того, как поезд тронулся.

Вероятность (правдивость). Информация считается достоверной, если она не противоречит реальной действительности, правильно ее объясняет и подтверждается. Если вы узнали о наводнении из информационной телепрограммы, то эта информация, по всей вероятности, является достоверной. В то же время слухи о пришествии инопланетян, которое ожидается на следующей неделе, недостоверны.

Объективность. Информация может быть объективной или субъективной (зависеть или не зависеть от чьего суждения). Например, сообщение «вода в море холодная» является субъективным, одновременно сообщение «температура воды +17 градусов Цельсия» дает объективную информацию.

Полнота. Информация полная, если ее достаточно для правильных выводов и принятия правильных решений. Если человеку на основе какой-либо информации приходится что-то решать, то он сначала оценивает, достаточно этой информации для принятия правильного решения.

Понятность. Информация понятна, если при ее восприятии нет необходимости в дополнительных сообщениях (не возникает вопросов). Если человеку говорят что-то, к восприятию чего он еще не подготовлен, например обращаются английском раньше, чем человек выучил этот язык, то он из услышанной информации вынесет совсем другую информацию, чем это было бы тогда, когда человек выучил английский язык.

Носители информации

Среда, в которой зафиксировано сообщение, называют носителем сообщения. В «докомпьютерную» эру информацию хранили на бумаге, фотографиях, кинопленке, магнитной ленте и др. С появлением первых компьютеров нашли широкое применение перфокарты и перфоленты, магнитные диски, компакт-диски.

Перфокарта — это лист тонкого картона стандартных размеров. В определенных позициях перфокарты пробивают дырочки. Наличие дырочки в определенной позиции считают единицу, а ее отсутствие — ноль.

Перфолента — это лента плотной бумаги стандартной ширины, на которую заносится информация пробивкой дырочек в соответствующих позициях на 5-ти или 8-ми параллельных дорожках.

Конечно, за дырочками, нанесенными на перфокарты или перфоленты, стоит вполне определенная информация.

Магнитные ленты и магнитные диски для хранения информации начали использовать с развитием вычислительной техники. Для записи 1 (единицы) намагничивалась небольшая область. Размагниченная (или намагниченная противоположно) область означала 0 (ноль).

Гибкие магнитные диски, или ГМД (FDD), позволяли легко переносить информацию с одного компьютера на другой, а также сохранять информацию, которая не используется на компьютере постоянно. Выпускались дискеты, как правило, с диском диаметром 3,5 дюйма и имели емкость всего 1,44 Мбайта.

Жесткие магнитные диски, или винчестеры (HDD), и сегодня являются основным типом носителей для долговременного хранения информации. Накопитель включает собственно магнитный диск, систему позиционирования и комплект магнитных головок — все это размещено в герметично закрытом корпусе.

Магнитные карточки содержат закодированную информацию, эта технология используется в кредитных, телефонных и регистрационных карточках, а также пропусках и «ключах» для кодовых замков.

Компакт-диски (оптические диски или CD) — это диск из специальной пластмассы с зеркальным покрытием с той стороны, с которой записывается и считывается информация. Информация на диск записывается так: диск вращается, и на его поверхности лазером в определенных местах наносятся «повреждение» поверхности таким образом, чтобы от них не отражался луч лазера при считывании. Таким образом записывается 1, «неповрежденные» места означают логический 0.

Существуют CD-R, DVD-R — оптические диски, на которые можно осуществлять однократную запись, а также CD-RW, DVD-RW — оптические диски, на которые можно осуществлять многократную запись.

Формы и способы представления информации

Символьная форма представления информации является наиболее простой, в ней каждый символ имеет какое-то значение. Например: красный свет светофора, показатели поворота на транспортных средствах, различные жесты, сокращения и обозначения в формулах.

Текстовая форма представления информации является более сложной. Эта форма предусматривает, что содержание сообщения передается не через отдельные символы (цифры, буквы, знаки), а их сочетанием, порядком размещения. Последовательно расположены символы образуют слова, которые в свою очередь могут образовывать предложения. Текстовая информация используется в книгах, брошюрах, газетах, журналах и т.

Графическая форма представления информации, как правило, имеет наибольший объем. К этой форме относятся фотографии, картины, чертежи, графики и тому подобное. Графическая форма более информативна. Видимо, поэтому, когда берем в руки новую книгу, то первым делом ищем в ней рисунки, чтобы создать о ней наиболее полное впечатление.

Информацию можно подавать одним из способов: буквами и знаками, жестами, нотами музыки, рисунками, картинами, скульптурами, звукозаписью, видеозаписью, кинофильмами и тому подобное.

Информация может быть в виде непрерывных (аналоговых) и дискретных (цифровых) сигналов.

Информация в аналоговом виде меняет свое значение постепенно (показатели термометра, часов со стрелками, спидометра и т.д.).

Информация в дискретном виде меняет свое значение с определенным шагом (показатели электронных часов, весы с гирями, подсчет количества предметов и т.п.).

Информатика

Термин информатика происходит от двух слов: информация и автоматика. Значит информатика это «наука о преобразовании информации».

Этот термин впервые введен в обиход во Франции в середине 60-х годов XX в., когда началось широкое использование вычислительной техники. Тогда в англоязычных странах вошел в употребление термин «Computer Science» для обозначения науки о преобразовании информации, которая базируется на вычислительной технике. Теперь эти термины являются синонимами.

Основа информатики — информационные технологии — совокупность средств и методов, с помощью которых осуществляется информационные процессы во всех сферах жизни и деятельности человека.

Информационная система — взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемая для хранения, обработки и выдачи информации с целью достижения конкретной задачи.

Современное понимание информационной системы (ИС) предусматривает использование компьютера в качестве основного технического средства обработка информации. Как правило, это компьютеры, оснащенные специализированными программными средствами.

В работе ИС, в ее технологическом процессе можно выделить следующие этапы :

Сообщения, которые формируются на первом этапе, могут быть обычным бумажным документом, сообщением «в электронном виде» или тем и другим одновременно. В современных информационных системах сообщение по большей части имеют «электронный вид». Основные составляющие информационных процессов:

Одним из важнейших условий применения электронно — вычислительных машин (ЭВМ) для решения тех или иных задач является построение соответствующего алгоритма (программы), содержащий информацию о правилах получения результирующей (итоговой) информации из заданной (входной) информации.

Программирование — дисциплина, исследующая методы формулировки и решения задач с помощью ЭВМ, и является основной составной частью информатики.

Итак, информация, ЭВМ, алгоритм — три фундаментальных понятия информатики.

Информатика — комплексная научная и инженерная дисциплина, изучающая все аспекты проектирования, создания, оценки, функционирования компьютерных систем обработки информации, ее применение и влияние на различные области социальной практики.

Родоначальниками информатики является науки: документалистика и кибернетика. Кибернетика — переводится, как «искусный в управлении».

В информатике выделяют три основных части:

Предмет информатики составляют понятия:

Методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами называется интерфейсом.

Двоичное кодирование информации

В разговорной речи часто встречаются такие выражения, как передача информации, сжатие информации, обработка информации. В таких случаях всегда идет об определенном сообщении, которое закодировано и передано тем или иным способом.

В вычислительной технике наиболее часто применяется двоичная форма представления информации, основанной на представленные данных последовательностью двух знаков: 0 и 1

Также используется восьмеричная форма представления информации (основана на представленные последовательности цифр 0, 1, …, 7) и шестнадцатеричная форма представления информации (основана на представленные последовательностью 0, 1, …, 9, A, B, C, …, F).

Информационным объемом сообщение называется количество битов в этом сообщении. Подсчет информационного объема сообщение является чисто техническим заданием, так как при таком подсчете содержание сообщения не играет никакой роли.

В современной вычислительной технике биты принято объединять в восьмерки, которые называются байтами : 1 байт = 8 бит. Наряду с битами и байтами используют и большие единицы измерения информации.

С помощью двух бит кодируются четыре различных значения: 00, 01, 10, 11. Тремя битами можно закодировать 8 состояний:

Вообще с помощью n бит можно закодировать 2 n состояний.

Скорость передачи информации измеряется количеством битов, передаваемых за одну секунду. Скорость передачи бит за одну секунду называется 1 Бодом. Производные единицы скорости передачи называются Кбод, Мбод и Гбод:

Пример. Пусть модем передает информацию со скоростью 2400 бод. Для передачи одного символа текста нужно передать около 10 битов. Таким образом, модем способен за 1 секунду передать около 2400/10 = 240 символов.

На ЭВМ можно обрабатывать не только числа, но и тексты. При этом нужно закодировать около 200 различных символов. В двоичном коде для этого нужно не менее 8 разрядов ( 2 8 = 256 ). Этого достаточно для кодирования всех символов английского и русского алфавитов (строчные и прописные), знаков препинания, символов арифметических действий некоторых общепринятых спецсимволов.

В настоящее время существует несколько систем кодирования.

Наиболее распространенными являются следующие системы кодирования: ASCII, Windows-1251, KOИ8, ISO.

ASCII (American Standard Code for Information Interchange — стандартный код информационного обмена)

В системе ASCII закреплены 2 таблицы кодирования: базовая и расширенная. Базовая таблица закрепляет значения кодов от 0 до 127, расширенная от 128 до 255.

В первых 32 кодах (0-31) размещаются так называемые управляющие коды, которым не соответствуют никакие символы языков, и, соответственно коды не выводятся ни на экран, ни на устройстве печати.

Начиная с кода 32 по код 127 размещены коды символов английского алфавита.

Символы национального алфавита размещены в кодах от 128 до 255.

KOИ8 (код обмена информацией) является стандартным кодированием в сообщениях электронной почты и телеконференций.

ISO ( International Standard Organization ) — международный стандарт. Это кодирования используется редко.

Появление информатики обусловлено возникновением и распространением новой технологии сбора, обработки и передачи информации, связанной с фиксацией данных на машинных носителях. Основной инструмент информатики — компьютер.

Компьютер, получивший свое название от первоначального назначения — выполнения вычислений, имеет второе очень важное применение. Он стал незаменимым помощником человека в его интеллектуальной деятельности и основным техническим средством информационных технологий. А быстрое развитие в последние годы технических и программных возможностей персональных компьютеров, распространение новых видов информационных технологий создают реальные возможности их использования, открывая перед пользователем качественно новые пути дальнейшего развития и адаптации к потребностям общества.

Дезинформация

Дезинформация — заведомо неверная, ложная информация, предоставляемая оппоненту или противнику для более эффективного ведения военных действий, получения каких либо конкурентных преимуществ, для проверки на утечку информации и выявления источника утечки, определения потенциально ненадежных клиентов или партнеров. Также дезинформацией называется сам процесс манипулирования информацией, как то: введение кого-либо в заблуждение путём предоставления неполной информации или полной, но уже не актуальной информации, искажения контекста, искажения какой либо части информации.

Дезинформация, как мы видим, — это результат деятельности человека, желание создать ложное впечатление и, соответственно подтолкнуть к требуемым действиям и/или бездействию.

Источник