Теоретична частина

Сьогодні інформатика являє собою комплексну наукову дисципліну, яка безперервно удосконалюється.

Вона включає в себе:

1. засоби для перетворення інформації:

- технічні засоби (hardware);

- програмні продукти (software);

- математичні методи і моделі, алгоритми (brainware);

2. галузь виробництва:

- виробництво технічних і програмних засобів;

- розробка технологій перетворення інформації;

3. фундаментальну науку:

- методологія створення засобів перетворення інформації;

- теорія інформаційної техніки;

4. прикладні дисципліни:

- вивчення закономірностей інформаційних процесів;

- розробка інформаційних систем і технологій.

В основі інформатики лежить поняття інформації.

Інформація (від лат. Informatio – освідомлення, роз'яснення, виклад) – в широкому сенсі абстрактне поняття, що має безліч значень, залежно від контексту. Точного визначення поняття "інформація" в даний час не існує.

Основні види інформації по формі її уявлення, способам кодування і зберігання, що має найбільше значення для інформатики, це:

- графічна або образотворча– перший вид, для якого був реалізований спосіб зберігання інформації про навколишній світ у вигляді наскальних малюнків, а пізніше у вигляді картин, фотографій, схем, креслень на папері, полотні, мармурі та ін. матеріалах, що зображують картини реального світу;

- звукова– вид, поширений повсюдно при спілкуванні людей один з одним, в техніці, в мистецтві, в побуті та ін.;

- світлова – використовується в управлінні, попередженні про рівень безпеки та ін.;

- текстова– спосіб кодування мови людини спеціальними символами – буквами, причому різні народи мають різні мови і використовують різні набори букв для відображення мовлення; особливо велике значення цей спосіб придбав після винаходу паперу і книгодрукування;

- числова– кількісна міра об'єктів і їх властивостей в навколишньому світі; особливо велике значення набула з розвитком торгівлі, економіки і грошового обміну; аналогічно текстової інформації для її відображення використовується метод кодування спеціальними символами – цифрами, причому системи кодування (числення) можуть бути різними;

- відеоінформація– один з основних видів інформації, що дозволяє людині орієнтуватися в просторі, представлений в кіно, телебаченні, ПК, виступах артистів та ін.;

- тактильна – передається дотиком;

- органолептична, яка передається запахами і смаками та ін.

Властивості інформації

Як і всякий об'єкт, інформація володіє певним набором властивостей. Характерною відмітною особливістю інформації від інших об'єктів природи і суспільства є дуалізм: на властивості інформації впливають як властивості вихідних даних, що складають її змістовну частину, так і властивості методів, що фіксують цю інформацію.

З точки зору інформатики найбільш важливими представляються наступні загальні властивості:

1. Об'єктивність інформації. Об'єктивний – існуючий поза і незалежно від людської свідомості. Інформація – це відображення зовнішнього об'єктивного світу. Інформація об'єктивна, якщо вона не залежить від методів її фіксації, чиєї думки, судження. Наприклад,повідомлення "На вулиці тепло" несе суб'єктивну інформацію, а повідомлення "На вулиці 22°С" – об'єктивну, але з точністю, яка залежить від похибки засобу вимірювання. Об'єктивну інформацію можна отримати за допомогою справних датчиків, вимірювальних приладів. Відбиваючись у свідомості конкретної людини, інформація перестає бути об'єктивною, оскільки, перетворюється (в більшій чи меншій мірі) в залежності від думки, судження, досвіду, знань конкретного суб'єкта.

2. Достовірність інформації. Інформація достовірна, якщо вона відображає справжній стан справ. Об'єктивна інформація завжди достовірна, але достовірна інформація може бути як об'єктивною, так і суб'єктивною. Достовірна інформація допомагає прийняти нам правильне рішення. Недостовірною інформація може бути з наступних причин:

- навмисне спотворення (дезінформація) або ненавмисне спотворення суб'єктивного властивості;

- спотворення в результаті дії перешкод ("зіпсований телефон") і недостатньо точних засобів її фіксації.

3. Повнота інформації. Інформацію можна назвати повною, якщо її достатньо для розуміння і прийняття правильних рішень. Неповна інформація може призвести до помилкового висновку або рішення.

4. Точність інформації визначається ступенем її близькості до реального стану об'єкта, процесу, явища і т. п.

5. Актуальність інформації– важливість, злободенність, нагальність. Тільки вчасно отримана інформація може бути корисна.

6. Корисність (цінність) інформації. Корисність може бути оцінена стосовно до потреб конкретних її споживачів і оцінюється задачами, які можна вирішити з її допомогою.

Найцінніша інформація – об'єктивна, достовірна, повна і актуальна. При цьому слід враховувати, що й суб'єктивна інформація (наприклад, в художній літературі) має велику значимість для людини. Соціальна (суспільна) інформація має ще й додаткові властивості:

- має семантичний (смисловий) характер, тобто понятійний, так як саме в поняттях узагальнюються найбільш суттєві ознаки предметів, процесів і явищ навколишнього світу;

- має мовну природу (крім деяких видів естетичної інформації, наприклад образотворчого мистецтва). Один і той ж зміст може бути виражений на різних природних (розмовних) мовах, записаний у вигляді математичних формул і т.д.

Передача інформації

Для передачі інформації необхідні її джерело, одержувач і канал зв'язку (рис. 2.1).

Інформація передається у формі повідомлень від деякого джерела інформації до її одержувача за допомогою каналу зв'язку між ними. Джерело посилає передане повідомлення, яке кодується в сигнал, що передається. Цей сигнал посилається по каналу зв'язку. У результаті в приймачі з'являється сигнал, що приймається, який декодується і стає прийнятим повідомленням.

Джерело інформації	Канал зв’язку	Одержувач інформації
Повідомлення

 

Рис. 2.1. Схема передачі інформації

Існує певне середовище передачі інформації – фізична субстанція, по якій відбувається передача звукових, електричних, електромеханічних, оптичних, радіосигналів, що використовуються для перенесення тієї чи іншої інформації.

Середовище передачі може бути природним або штучним.

Природні середовища

Безповітряний простір – дозволяє поширюватися електромагнітному, світловому, рентгенівському та іншим видам випромінювань.

Повітряний простір – в основному використовується для передачі радіохвиль.

Водна поверхня– в ній здебільшого поширюються звукові хвилі.

Тверда поверхня– проводить звукові та сейсмічні хвилі.

Штучні середовища

По більшій частині штучні середовища для передачі сигналів представлені проводами і кабелями:

- оптичний кабель – робиться зі скла та / або пластика і переносить всередині себе світловий сигнал;

- кабелі, проводи з металевим провідником – залізом, міддю; приклади: коаксіальний кабель, вита пара та інші;

- вуглецеве волокно і тканини з вуглецевих волокон – служать для передачі електричних сигналів.

Кількість інформації

Імовірнісний підхід

Для оцінки кількості інформації в цьому випадку використовується формула Клода Шеннона:

де p_i – ймовірність настання i-ї події.

Н називається ентропією.

Для рівноймовірних результатів H = log₂ N. Це формула Хартлі.

Об'ємний підхід.

У двійковій системі числення знаки 0 і 1 називають бітами. Розробники комп'ютерів віддають перевагу саме двійковій системі числення тому, що в технічному пристрої найбільш просто реалізувати два протилежних фізичних стану:

- деякий фізичний елемент, що має два різних стани: намагніченість у двох протилежних напрямках;

- прилад, який пропускає чи ні електричний струм;

- заряджений або незаряджений конденсатор і т.п.

У комп'ютері біт є найменшою можливою одиницею інформації.

Обсяг інформації, записаної двійковими знаками в пам'яті комп'ютера або на зовнішньому носії інформації, розраховується просто за кількістю необхідних для такого запису двійкових символів. При цьому число бітів – ціле.

Для зручності використання введені й більші одиниці кількості інформації:

- байт = 2³ = 8 біт;

- кілобайт (Кбайт) = 2¹⁰ байтів;

- мегабайт (Мбайт) = 2²⁰ байтів;

- гігабайт (Гбайт) = 2³⁰ байтів;

- терабайт (Тбайт) = 2⁴⁰ байтів;

- петабайт (Пбайт) = 2⁵⁰ байтів.

Система числення – це сукупність прийомів і правил, за якими числа записуються і читаються.

Існують позиційні і непозиційні системи числення.

У непозиційних системах числення внесок цифри, який вона вносить в значення числа, не залежить від її позиції в записі числа.

У позиційних системах числення внесок цифри, який вона вносить в значення числа, залежить від її позиції в записі числа.

Для цього вибирають число р > 1 і використовують його в якості базового числа системи числення (р-ічная система числення).

Для р = 1 системи числення не існує.

Вводиться р основних символів, званих цифрами.

Для р-ічной системи числення

,

де а– цифри системи числення;

m і n - число цілих і дробових розрядів.

Цифри а:

- для двійкової системи – 0, 1;

- для вісімкової системи – 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7;

- для шістнадцяткової системи – 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, F.

При перекладі чисел із двійкової системи числення в систему з основою p > 1, де р = 8 або р = 16, використовують наступний алгоритм:

- для р = 8 двійкове число розбивається по три знаки вліво від коми і по три знаки вправо від коми, при цьому в останній групі бракуючи цифри записуються рівними нулю;двійкова цифра в кожній трійці замінюється відповідною цифрою нової системи.

- для р = 16 двійкове число розбивається по чотири знаки вліво від коми і по чотири знаки вправо від коми; далі необхідно діяти аналогічно попередньому випадку.