ТЕМА 1. ИНФОРМАЦИЯ И ИНФОРМАТИКА
Информация в материальном мире
Пример процесса преобразования данных в информацию
Динамический характер информации
Информация не является статичным объектом — она динамически меняется и существует только в момент взаимодействия данных и методов. Все прочее время она пребывает в состоянии данных. Таким образом, информация существует только в момент протекания информационного процесса. Все остальное время она содержится в виде данных.
Требование адекватности методов
Одни и те же данные могут в момент потребления поставлять разную информацию в зависимости от степени адекватности взаимодействующих с ними методов. Например, для человека, не владеющего китайским языком, письмо, полученное из Пекина, дает только ту информацию, которую можно получить методом наблюдения (количество страниц, цвет и сорт бумаги, наличие незнакомых символов и т. п.). Все это информация, но это не вся информация, заключенная в письме. Использование более адекватных методов даст иную информацию.
Свойства информации
Можно привести немало разнообразных свойств информации. С точки зрения информатики наиболее важными представляются следующие свойства:
Объективность,
Полнота,
Достоверность,
Адекватность,
Доступность,
Операции над данными
В ходе информационного процесса данные преобразуются из одного вида в другой с помощью методов.
Обработка данных включает в себя множество различных операций. По мере развития научно-технического прогресса и общего усложнения связей в человеческом обществе трудозатраты на обработку данных неуклонно возрастают. Прежде всего, это связано с постоянным усложнением условий управления производством и обществом и общим увеличением объемов обрабатываемых данных.
Можно выделить следующие основные операции над данными:
1. сбор данных– накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решений;
2. формализация данных – приведение данных, поступающих из разных источников, к одинаковой форме, чтобы сделать их сопоставимыми между собой, то есть повысить их уровень доступности;
3. фильтрация данных – отсеивание «лишних» данных, в которых нет необходимости для принятия решений; при этом должен уменьшаться уровень «шума», а достоверность и адекватность данных должны возрастать;
4. сортировкаданных – упорядочение данных по заданному признаку с целью удобства использования; повышает доступность информации;
5. архивация данных – организация хранения данных в удобной и легкодоступной форме; служит для снижения экономических затрат по хранению данных и повышает общую надежность информационного процесса в целом;
6. защита данных – комплекс мер, направленных на предотвращение утраты, воспроизведения и модификации данных;
7. транспортировка данных – прием и передача (доставка и поставка) данных между удаленными участниками информационного процесса; при этом источник данных в информатике принято называть сервером, а потребителя – клиентом;
8. преобразование данных – перевод данных из одной формы в другую или из одной структуры в другую. Преобразование данных часто связано с изменением типа носителя, например книги можно хранить в обычной бумажной форме, но можно использовать для этого и электронную форму и микрофотопленку. Необходимость в многократном преобразовании данных возникает также при их транспортировке, особенно если она осуществляется средствами, не предназначенными для транспортировки данного вида данных. В качестве примера можно упомянуть, что для транспортировки цифровых потоков данных по каналам телефонных сетей (которые изначально были ориентированы только на передачу аналоговых сигналов в узком диапазоне частот) необходимо преобразование цифровых данных в некое подобие звуковых сигналов, чем и занимаются специальные устройства – телефонные модемы.
Определение, предмет и задачи информатики
Определение
Информатика — это техническая наука, изучающая и систематизирующая методы и способы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.
Предмет информатики
Предмет информатики составляют следующие понятия:
1. аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;
2. программное обеспечение средств вычислительной техники;
3. средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;
4. средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.
Как видно из этого списка, в информатике особое внимание уделяется вопросам взаимодействия. Для этого даже есть специальное понятие — интерфейс.
Методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами называют пользовательским интерфейсом.
Существуют аппаратные интерфейсы, программные интерфейсы и аппаратно-программные интерфейсы.
Основная задача информатики
Основной задачей информатики является систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники.
Направления и практические приложения информатики
В составе основной задачи информатики сегодня можно выделить следующие направления практических приложений информатики:
1. архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных);
2. интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением);
3. алгоритмизация и программирование (приемы, методы и средства разработки компьютерных алгоритмов и программ);
4. преобразование данных (приемы и методы преобразования структур данных);
5. защита информации (обобщение приемов, разработка методов и средств защиты данных);
6. автоматизация компьютерных процессов (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека);
7. стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программными средствами, а также между форматами представления данных, относящихся к различным типам вычислительных систем).
Единицы измерения данных
Математические основания
В различных науках существуют различные система измерения данных. Информатика оперирует типами данных, которые могут быть представлены при помощи бинарных кодов двоичной системы счисления.
Плотность информации
Плотность информации определяется функцией
Максимум этой функции имеет место при
x = е = 2,718281828.
То есть наибольшей плотностью записи информации обладает система счисления с основанием e.
Перевод вещественного числа из двоичной системы счисления в десятичную
Переведем вещественного двоичного числа в десятичное. Пусть оно равно 1000110111.012
Перевод целой части числа
Целая часть 1000110111. Для перевода в десятичное запишем его слева направо как сумму по двоичным разрядам:
1*20+1*21+1*22+0*23+1*24+1*25 +0*26+0*27+0*28+1*29 =
1*1+1*2+1*4+0*8+1*16+1*32+0*64+0*128+0*256+1*512 = 1+2+4+16+32+512 = 567
Таким образом
10001101112 = 56710
Перевод из восьмеричной и шестнадцатеричной систем
В двоичную
Для этого типа операций используют обратный метод – для восьмеричной системы с использованием триплетов, для шестнадцатеричной с использованием тетрад.
Примеры:
548 → 101 10022C16 → 0010 11002
Пример из теста Министерства образования и науки РФ
45:2 =22 / 122:2 =11 / 011:2 =5 / 14510 → 101 10125:2 =2 / 12:2 =1 / 0
0.75*2 = 1,50
0.50*2 = 1,00 0.7510 = 0.112
Окончательно: 45.7510 → 101 101.112
Кодирование данных
Пример 1 из теста Министерства образования и науки РФ
Решение. Количество переданных битов
256 000бит/с* 2*60с = 30 720 000 бит.
В байтах 30 720 000 / 8 = 3 840 000 б.
В килобайтах 3 840 000 / 1024 = 3750 Кб.
Пример 2 из теста Министерства образования и науки РФ
Решение. Объем сообщения изменился на 1024*1024/512 = 2048 б. В UNICODE сообщение занимало 4096 б, а теперь уменьшилось вдвое и занимает 2048 б. В ASCII один символ требует 1 б памяти, следовательно, сообщение содержит 2048 символов.
Пример 3 из теста Министерства образования и науки РФ
Решение. (самостоятельно).
Индексный метод кодирования цвета
При кодировании информации о цвете с помощью восьми бит данных можно передать только 256 цветовых оттенков. Такой метод кодирования цвета называется индексным. Смысл названия в том, что, поскольку 256 значений совершенно недостаточно, чтобы передать весь диапазон цветов, доступный человеческому глазу, код каждой точки растра выражает не цвет сам по себе, а только его номер (индекс) в некоей справочной таблице, называемой палитрой. Разумеется, эта палитра должна прикладываться к графическим данным — без нее нельзя воспользоваться методами воспроизведения информации на экране или бумаге (то есть, воспользоваться, конечно, можно, но из-за неполноты данных полученная информация не будет адекватной: листва на деревьях может оказаться красной, а небо — зеленым).
Рисунок кодирован при использовании
256-цветовой палитры
Пример 1 из теста Министерства образования и науки РФ
Решение. Поскольку события имеют разную вероятность, то используем формулу Шеннона
Пример 2 из теста Министерства образования и науки РФ
Решение. Поскольку может быть с равной вероятностью загадано любое целое число из диапазона [1, 64], то используем формулу Хартли
В заключение составим оптимальный алгоритм игры «Угадай целое число» для произвольного числа N.
Для этого применим стратегию половинного деления диапазона поиска, который называют «метод половинного деления»,другое название - «метод бисекции». Блок-схема алгоритма приведена ниже.
Логические выражения
Среди логических операций введен приоритет:
«НЕ» – имеет высший приоритет,
«И» – имеет средний приоритет,
«ИЛИ» – имеет низший приоритет.
Примеры логических выражений с расстановкой очередности выполнения операций при вычислении выражений
Вычисление значения логического выражения при X = 1, Y = 0, Z = 1
Пример из теста Министерства образования и науки РФ
Решение. Заполним таблицу по столбцам.
a | b | c | ||||
Из таблицы видно, что нужно указать первое логическое выражение.