Реферат: Информация и информатика

содержание

стр.

Введение

Свойства информации

Носители данных

Операции с данными

Кодирование данных двоичным кодом

Кодирование целых и действительных чисел

Кодирование текстовых данных

Универсальная система кодирования текстовых данных

Кодирование графических данных

Кодирование звуковой информации

Основные структуры данных

Единицы измерения данных

Информатика и её задачи

Истоки и предпосылки информатики

Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ.Фундаментальной чертой цивилизации является рост производства, потребления и накопления информацииво всех отраслях человеческой деятельности. Вся жизнь человека, так илииначе, связана получением, накоплением иобработкой информации. Что бы человек ниделал: читает ли он книгу, смотрит ли он телевизор, разговаривает, он постояннои непрерывно получает и обрабатывает информацию.

Для XXIвекахарактерна небывалая скорость развития науки, техники и новых технологий. Так от изобретениякнигопечатания (середина XV века) до изобретения радиоприемника (1895г.) прошлооколо 440 лет, а между изобретением радио и телевидения — около 30 лет. Разрыв во времени между изобретениемтранзистора и интегральной схемы составил всего 5 лет.

В области накопления научной информации её объем начиная с XVII в. удваивался примерно каждые10 — 15 лет. Поэтому одной из важнейших проблем человечества является лавинообразный поток информации в любой отраслиего жизнедеятельности. Подсчитано, например, что в настоящее время специалист должен тратить около 80% своего рабочего времени, чтобы уследить завсеми новыми печатными работами в его области деятельности. Увеличениеинформации и растущий спрос на неё обусловили появление отрасли, связанной с автоматизацией обработкиинформации – информатики. Но для перехода непосредственно к науке информатике,необходимо сказать о самой информации.

Мы живём в материальноммире. Всё, что нас окружает, и с чем мы сталкиваемся, относится либо к физическимтелам, либо физическим полям. Все виды энергообмена сопровождаются появлением сигналов, т.е., всесигналы имеют в своей основе материальную энергетическую природу. Привзаимодействии сигналов с физическими телами, в них возникают определённыеизменения свойств – это явление называется регистрацией сигналов. В результатеобразуются данные – зарегистрированные сигналы.

Все мы непосредственно участвуем винформационном процессе. Любой информационный процесс будет происходить по следующей схеме:

Источниками(объектами) информации являются физические тела, поля или виртуальные объекты.Источники информации проявляются в виде сигналов. Сообщением является формапредставления информации в виде, понимаемом получателем. Получатель информации– человек, понимающий эту информацию или техническая система.

Несмотря на то, что спонятием информации мы сталкиваемся ежедневно, строго и общепринятого еёопределения до сих пор не существует, поэтому вместо определения обычноиспользуют понятие об информации. Понятие об информации, введённое в рамкаходной научной дисциплины, может опровергаться конкретными примерами и фактами,полученными в рамках другой дисциплины.

Для информатики как длятехнической науки понятие информации не может основываться на таких антропоцентрическихпонятиях, как знание, и не может опираться только на объективность фактов исвидетельств. Средства вычислительной техники обладают способностьюобрабатывать информацию автоматически, без участия человека. Эти средства могутработать с искусственной, абстрактной и даже с ложной информацией, не имеющейобъективного отражения ни в природе, ни в обществе. Итак, информация – продуктвзаимодействия данных и адекватных им методов.

Свойства информации

Как и всякий объект,информация обладает свойствами. Характерной отличительной особенность информацииот других объектов природы и общества, является дуализм: на свойства информациивлияют как свойства данных, составляющих её содержательную часть, так исвойства методов, взаимодействующих с данным в ходе информационногопроцесса. По окончании процесса свойстваинформации переносятся на свойства новых данных, т.е. свойства методов могутпереходить на свойства данных.

С точки зрения информатикинаиболее важными представляются следующие свойства: объективность, полнота,достоверность, адекватность, доступность и актуальность информации.

Понятие объективностиинформации является относительным, это понятно, если учесть, что методы являютсясубъективными. Более объективной принято считать ту информацию, в которую методывносят меньший субъективные элемент.

Полнота информации во многомхарактеризует её качество и определяет достаточность данных для принятиярешений или для создания новых данных на основе имеющихся. Чем полнее данные,тем шире диапазон методов, которые можно использовать, тем проще подобратьметод, вносящий минимум погрешностей в ход информационного процесса.

Данные возникают в моментрегистрации сигналов, но не все сигналы являются «полезными» — всегдаприсутствует какой-то уровень посторонних сигналов, в результате чего полезныеданные сопровождаются определённым уровнем «информационного шума». Если полезный сигнал зарегистрирован болеечётко, чем посторонние сигналы, достоверность информации может быть болеевысокой. При увеличении уровня шумов достоверность информации снижается. В этомслучае при передаче того же количества информации требуется использовать либобольше данных, либо более сложные методы.

Адекватность информации –степень соответствия реальному объективному состоянию дела. Неадекватная информация можетобразовываться при создании новой информации на основе неполных илинедостоверных данных. Однако и полные, и достоверные данные могут приводить ксозданию неадекватной информации в случае применения к ним неадекватныхметодов.

Доступность информации –мера возможности получить ту или иную информацию. На степень доступностиинформации влияют одновременно как доступность данных, так и доступностьадекватных методов для их интерпретации. Отсутствие доступа к данным илиотсутствие адекватных методов обработки приводят к одинаковому результату:информация оказывается недоступной.

Актуальность информации –степень соответствия информации текущему моменту времени. Нередко сактуальностью, как и с полнотой, связывают коммерческую ценность информации.Поскольку информационные процессы растянуты во времени, то достоверная иадекватная, но устаревшая информация может приводить к ошибочным решениям.Необходимость поиска (или разработки) адекватного метода для работы с даннымиможет приводить к такой задержке получения информации, что она становится неактуальнойи ненужной. На этом, в частности, основаны многие современные системышифрования данных с открытым ключом. Лица, не владеющие ключом (методом) длячтения данных, могут заняться поиском ключа, поскольку алгоритм его работыдоступен, но продолжительность этого поиска столь велика, что за время работыинформация теряет актуальность и, естественно связанную с ней практическую ценность.

Носители данных

Данные – диалектическаясоставная часть информации. Они представляют собой зарегистрированные сигналы.При этом физический метод регистрации может быть любым: механическоеперемещение физических тел, изменение их формы или параметров качества поверхности,изменение электрических, магнитных, оптических характеристик, химическогосостава или характера химических связей, изменение состояние электроннойсистемы и многое другое. В соответствии с методом регистрации данные могутхраниться транспортироваться на носителях различных видов.

Самым распространённымносителем данных, хотя и не самым экономичным является бумага. На бумаге данныерегистрируются путём изменения оптических характеристик её поверхности.Изменение оптических свойств используется также в устройствах осуществляющихзапись лазерным лучом на пластмассовых носителях с отражающим покрытием (CD-ROM). Вкачестве носителей, использующих изменение магнитных свойств, можно назватьмагнитные ленты и диски. Регистрация данных путём изменения химического составаповерхностных веществ носителя широко используется в фотографии. Набиохимическом уровне происходит накопление и передача данных в живой природе.

От свойств носителя нередкозависят такие свойства информации, как полнота, доступность и достоверность.Задача преобразования данных с целью смены носителя относится к одной изважнейших задач информатики. В структуре стоимости вычислительных системустройства для ввода и вывода данных, работающие с носителями информации,составляют до половины стоимости аппаратных средств.

Операции с данными

В ходе информационногопроцесса данные преобразуются из одного вида в другой с помощью методов.Обработка данных включает в себя множество различных операций. По мере развития научно-техническогопрогресса и общего усложнения связей в человеческом обществе трудозатраты наобработку данных неуклонно возрастают. Прежде всего, это связано с постояннымусложнением условий управления производством и обществом. Второй фактор, такжевызывающий общее увеличение объёмов обрабатываемых данных, тоже связан с НТП, аименно с быстрыми темпами появления и внедрения новых носителей данных, средствих хранения и доставки.

Основные операции, которыеможно производить с данными:

*

сбор данных – накопление информации с цельюобеспечения достаточной полноты для принятия решений;

*

формализация данных – приведения данных,поступающих из разных источников, к одинаковой форме, чтобы сделать ихсопоставимыми между собой, т.е. повысить их уровень доступности;

*

фильтрация данных – отсеивание лишнихданных, в которых нет необходимости для принятия решений; при этом долженуменьшатся уровень «шума», а достоверность и адекватность данных должны возрастать;

*

сортировка данных – упорядочивание данных позаданному признаку с целью удобства использования; повышает доступностьинформации;

*

архивация данных — организация храненияданных в удобной и легкодоступной форме; служит для снижения экономическихзатрат по хранению данных и повышает общую надёжность информационного процессав целом;

*

защита данных – комплекс мер, направленныхна предотвращение утраты, воспроизведения и модификации данных;

*

приём передача данных между удалённымиучастниками информационного процесса; при этом источник данных в информатикепринято называть сервером, а потребителя – клиентом;

*

преобразование данных – перевод данных изодной формы в другую или из одной структуры в другую. Преобразование данныхчасто связано с изменением типа носителя.

Итак, работа с информациейможет иметь огромную трудоёмкость, а, следовательно, её надо автоматизировать.

Кодирование данных двоичным кодом

Для автоматизации работы сданными, относящимися к различным типам очень важно унифицировать их формупредставления – для этого обычно используется приём кодирования, т.е. выражениеданных одного типа через данные другого типа. Естественные человеческие языки –системы кодирования понятий для выражения мыслей посредством речи. К языкамблизко примыкают азбуки – системы кодирования компонентов языка с помощьюграфических символов.

Своя системы существует и ввычислительной технике – она называется двоичным кодированием и основана напредставлении данных последовательностью всего двух знаков: 0 и 1. Эти знакиназывают двоичными цифрами, по-английски – binarydigitили сокращённо bit(бит). Одним битом могут быть выражены два понятия:0 или 1 (да или нет, чёрное или белое, истина или ложь и т.п.). Если количествобитов увеличить до двух, то уже можно выразить четыре различных понятия. Тремябитами можно закодировать восемь различных значений.

Кодирование целых и действительных чисел

Целые числа кодируютсядвоичным кодом достаточно просто — необходимо взять целое число и делить егопополам до тех пор, пока частное не будет равно единице. Совокупность остатковот каждого деления, записанная справа налево вместе с последним частным, и образует двоичный аналог десятичного числа.

Для кодирования целых чиселот 0 до 255 достаточно иметь 8 разрядов двоичного кода (8 бит). 16 битпозволяют закодировать целые числа от 0 до 65535, а 24 – уже более 16,5 миллионовразличных значений.

Для кодированиядействительных чисел используют 80-разрядное кодирование. При этом число предварительнопреобразовывают в нормализованную форму:

3,1414926 = 0,31415926 ×

101

300 000 = 0,3 ×

106

Первая часть числаназывается мантиссой, а вторая – характеристикой. Большую часть из 80 бит отводятдля хранения мантиссы (вместе со знаком) и некоторое фиксированное количестворазрядов отводят для хранения характеристики.

Кодирование текстовых данных

Если каждому символуалфавита сопоставить определённое целое число, то с помощью двоичного кодаможно кодировать текстовую информацию. Восьми двоичных разрядов достаточно длякодирования 256 различных символов. Это хватит, чтобы выразить различнымикомбинациями восьми битов все символы английского и русского языков, какстрочные, так и прописные, а также знаки препинания, символы основныхарифметических действий и некоторые общепринятые специальные символы.

Технически это выглядиточень просто, однако всегда существовали достаточно веские организационныесложности. В первые годы развития вычислительной техники они были связаны сотсутствием необходимых стандартов, а в настоящее время вызваны, наоборот,изобилием одновременно действующих и противоречивых стандартов. Для того чтобывесь мир одинаково кодировал текстовые данные, нужны единые таблицыкодирования, а это пока невозможно из-за противоречий между символаминациональных алфавитов, а также противоречий корпоративного характера.

Для английского языка,захватившего де-факто нишу международного средства общения, противоречия ужесняты. Институт стандартизации США ввёл в действие систему кодирования ASCII(AmericanStandardCodeforInformationInterchange– стандартный код информационногообмена США). В системе ASCIIзакреплены две таблицыкодирования базовая и расширенная. Базовая таблица закрепляет значения кодов от0 до 127, а расширенная относится к символам с номерами от 128 до 255.

Первые 32 кода базовойтаблицы, начиная с нулевого, отданы производителям аппаратных средств. В этойобласти размещаются управляющие коды, которым не соответствуют ни какие символыязыков. Начиная с 32 по 127 код размещены коды символов английского алфавита,знаков препинания, арифметических действий и некоторых вспомогательных символов.

Кодировка символов русскогоязыка, известная как кодировка Windows-1251, была введена «извне»- компанией Microsoft, но, учитывая широкое распространение операционныхсистем и других продуктов этой компании в России, она глубоко закрепилась инашла широкое распространение.

Другая распространённаякодировка носит название КОИ-8 (код обмена информацией, восьмизначный) – еёпроисхождение относится к временам действия Совета Экономической Взаимопомощигосударств Восточной Европы. Сегодня кодировка КОИ – 8 имеет широкоераспространение в компьютерных сетях на территории России и в российскомсекторе Интернета.

Международный стандарт, вкотором предусмотрена кодировка символов русского языка, носит названия ISO(InternationalStandardOrganization– Международный институтстандартизации). На практике данная кодировка используется редко.

Универсальная система кодирования текстовыхданных

Если проанализироватьорганизационные трудности, связанные с созданием единой системы кодированиятекстовых данных, то можно прийти к выводу, что они вызваны ограниченнымнабором кодов (256). В то же время, очевидно, что если, кодировать символы невосьмиразрядными двоичными числами, а числами с большим разрядом то и диапазонвозможных значений кодов станет на много больше. Такая система, основанная на16-разрядном кодировании символов, получила название универсальной – UNICODE. Шестнадцать разрядов позволяют обеспечитьуникальные коды для 65 536 различных символов – этого поля вполне достаточнодля размещения в одной таблице символов большинства языков планеты.

Несмотря на тривиальнуюочевидность такого подхода, простой механический переход на данную системудолгое время сдерживался из-за недостатков ресурсов средств вычислительнойтехники (в системе кодирования UNICODEвсе текстовые документыстановятся автоматически вдвое длиннее). Во второй половине 90-х годовтехнические средства достигли необходимого уровня обеспечения ресурсами, исегодня мы наблюдаем постепенный перевод документов и программных средств науниверсальную систему кодирования.

Ниже приведены таблицыкодировки ASCII.

Кодирование графических данных

Если рассмотреть с помощьюувеличительного стекла чёрно-белое графическое изображение, напечатанное вгазете или книге, то можно увидеть, что оно состоит из мельчайших точек,образующих характерный узор, называемый растром. Поскольку линейные координатыи индивидуальные свойства каждой точки (яркость) можно выразить с помощью целыхчисел, то можно сказать, что растровое кодирование позволяет использоватьдвоичный код для представления графических данных. Общепринятым на сегодняшнийдень считается представление чёрно-белых иллюстраций в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета, и,таким образом, для кодирования яркости любой точки обычно достаточновосьмиразрядного двоичного числа.

Для кодирования цветныхграфических изображений применяется принцип декомпозиции произвольного цвета наосновные составляющие. В качестве таких составляющих используют три основныецвета: красный (Red), зелёный (Green) и синий (Blue).На практике считается, что любой цвет, видимый человеческим глазом, можнополучить механического смешения этих трёх основных цветов. Такая система кодирования получила названия RGBпопервым буквам основных цветов.

Режим представления цветнойграфики с использованием 24 двоичных разрядов называется полноцветным (TrueColor).

Каждому из основных цветовможно поставить в соответствие дополнительный цвет, т.е. цвет, дополняющийосновной цвет до белого. Нетрудно заметить, что для любого из основных цветовдополнительным будет цвет, образованный суммой пары остальных основных цветов.Соответственно дополнительными цветами являются: голубой (Cyan),пурпурный (Magenta) и жёлтый (Yellow). Принцип декомпозициипроизвольного цвета на составляющие компоненты можно применять не только дляосновных цветов, но и для дополнительных, т.е. любой цвет можно представить ввиде суммы голубой, пурпурной и жёлтой составляющей. Такой метод кодированияцвета принят в полиграфии, но в полиграфии используется ещё и четвёртая краска– чёрная (Black). Поэтому данная система кодирования обозначаетсячетырьмя буквами CMYK(чёрный цвет обозначается буквой К, потому, чтобуква В уже занята синим цветом), и для представления цветной графики в этойсистеме надо иметь 32 двоичных разряда. Такой режим также называетсяполноцветным.

Если уменьшить количестводвоичных разрядов, используемых для кодирования цвета каждой точки, то можносократить объём данных, но при этом диапазон кодируемых цветов заметносокращается. Кодирование цветной графики 16-разрядными двоичными числаминазывается режимом HighColor.

При кодировании информации оцвете с помощью восьми бит данных можно передать только 256 оттенков. Такойметод кодирования цвета называется индексным.

Кодирование звуковой информации

Приёмы и методы работы созвуковой информацией пришли в вычислительную технику наиболее поздно. К томуже, в отличие от числовых, текстовых и графических данных, у звукозаписей небыло столь же длительной и проверенной истории кодирования. В итоге методыкодирования звуковой информации двоичным кодом далеки от стандартизации.Множество отдельных компаний разработали свои корпоративные стандарты, но срединих можно выделить два основных направления.

1)

Метод FM(FrequencyModulation)основан та том, что теоретически любой сложный звук можно разложить напоследовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которыхпредставляет собой правильную синусоиду, а, следовательно, может быть описанчисловыми параметрами, т.е. кодом. В природе звуковые сигналы имеют непрерывныйспектр, т.е. являются аналоговыми. Их разложение в гармонические ряды ипредставление в виде дискретных цифровыхсигналов выполняют специальный устройства – аналогово-цифровые преобразователи(АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированногочисловым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). При такихпреобразованиях неизбежны потери информации, связанные с методом кодирования,поэтому качество звукозаписи обычно получается не вполне удовлетворительным исоответствует качеству звучания простейших электромузыкальных инструментов сокрасом характерным для электронной музыки. В то же время данный методкопирования обеспечивает весьма компактный код, поэтому он нашёл применение ещё в те годы, когда ресурсы средств вычислительнойтехники были явно недостаточны.

2)

Метод таблично волнового (Wave-Table)синтеза лучше соответствует современному уровню развития техники. В заранееподготовленных таблицах хранятся образцы звуков для множества различныхмузыкальных инструментах. В технике такие образцы называют сэмплами. Числовыекоды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительностьи интенсивность звука, динамику его изменения, некоторые параметры среды, вкоторой происходит звучание, а также прочие параметры, характеризующиеособенности звучания. Поскольку вкачестве образцов исполняются реальные звуки, то его качество получается оченьвысоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.

Основные структуры данных

Работа с большими наборамиданных автоматизируется проще, когда данные упорядочены, т.е. образуют заданнуюструктуру. Существуют три основных типа структур данных: линейная,иерархическая и табличная. Самая простейшая структура данных – линейная. Онапредставляет собой список. Для быстрого поиска информации существуетиерархическая структура. Для больших массив поиск данных в иерархическойструктуре намного проще, чем в линейной, однако и здесь необходима навигация,связанная с необходимостью просмотра.

Основным недостаткомиерархических структур данных является увеличенный размер пути доступа. Оченьчасто бывает так, что длина маршрута оказывается больше, чем длина самихданных, к которым он ведёт. Поэтому в информатике применяют методы для регуляризациииерархических структур с тем, чтобы сделать путь доступа компактным. Один изметодов получил название дихотомии. В иерархической структуре, построеннойметодом дихотомии, путь доступа к любому элементу можно представить как черезрациональный лабиринт с поворотами налево (0) и направо (1) и, таким образом,выразить путь доступа в виде компактной двоичной записи.

Единицы измерения данных

Наименьшей единицей послебита является байт (1 байт = 8 бит = 1 символ). Поскольку одним байтом, какправило, кодируется один символ текстовой информации, то для текстовыхдокументов размер в байтах соответствует лексическому объёму в символах. Болеекрупная единица измерения килобайт (1 Кб = 1024 байт). Более крупные единицыобразуются добавлением префиксов мега-, гига-, тера-; в более крупных единицахпока нет практической надобности:

1 Мб = 1048580 байт;

1 Гб = 10737740000 байт.

1 Тб = 1024 Гб.

Информатика и её задачи

Информатика – областьчеловеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации спомощью компьютеров и взаимодействия со средой их применения. Сама информатикапоявилась с появлением персональных компьютеров. В переводе с французскогоязыка информатика – автоматическая обработка информации.

В информатике всё жёсткоориентировано на эффективность. Вопрос, как сделать ту или иную операцию, дляинформатики является важным, но не основным. Основным же является вопрос, каксделать данную операцию эффективно.

Предмет информатикисоставляет следующие понятия:

-

аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;

-

программное обеспечение средств вычислительной техники;

-

средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;

-

средства взаимодействия человека с аппаратными и программнымисредствами.

Итак, в информатике особоевнимание уделяется вопросам взаимодействия. Для этого было даже выдвинутоспециальное понятие – интерфейс. Пользовательским интерфейсом называют методы исредства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.Соответственно, существуют аппаратные, программные и аппаратно-программныеинтерфейсы.

Основной задачей информатикиявляется систематизация приёмов и методов работы с аппаратными и программнымисредствами вычислительной техники. Цель систематизации состоит в выделении,внедрении и развитии передовых, наиболее эффективных технологий, в автоматизацииэтапов работы с данными, а также в методическом обеспечении новых технологическихисследований. В составе основной задачи информатики сегодня можно выделитьследующие направления для практических приложений:

-

архитектура вычислительных систем;

-

интерфейсы вычислительных систем;

-

программирование;

-

преобразование данных;

-

защита информации;

-

автоматизация;

-

стандартизация.

На всех этапах технического обеспеченияинформационных процессов для информатики ключевым понятием являетсяэффективность. Для аппаратных средств под эффективностью понимают отношениепроизводительности оборудования к его стоимости. Для программного обеспеченияпод эффективностью понимают производительность лиц, работающих с ними(пользователей). В программировании под эффективностью понимают объёмпрограммного кода, создаваемого программистами в единицу времени.

Истоки и предпосылки информатики

Кроме Франции термининформатика используется в ряде стран Восточной Европы. В то же время, вбольшинстве стран Западной Европы и США используется другой термин – наука осредствах вычислительной техники (ComputerScience).

В качестве источниковинформатики обычно называют две науки – документалистику и кибернетику.Документалистика сформировалась в конце XIXвека в связи с бурнымразвитием производственных отношений. Её целью являлось повышение эффективностьдокументооборота.

Основы близкой к информатикетехнической науки кибернетики были заложены трудами по математической логикеамериканского математика Норберта Винера, опубликованными в 1948 году, а самоназвания происходит от греческого слова kyberneticos– искусный в управлении.

Впервые термин кибернетикаввёл французский физик Ампер в первой половине XIXвека. Он занималсяразработкой единой системы классификации всех наук и обозначил этим терминомгипотетическую науку об управлении, которой в то время не существовало, нокоторая, по его мнению, должна была существовать.

Сегодня предметом кибернетики являютсяпринципы построения и функционирования систем автоматического управления, аосновными задачами – методы моделирования процесса принятия решений техническимисредствами. На практике кибернетика во многих случаях опирается на те жепрограммные и аппаратные средства вычислительной техники, что и информатика, аинформатика, в свою очередь, заимствует у кибернетики математическую илогическую базу для развития этих средств.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙЛИТЕРАТУРЫ:

1.

Леонтьев В.П. ПК:универсальный справочник пользователя Москва 2000.

2.

Каталог «Весь компьютерныймир» декабрь 1995.

3.

Симонович С.В. Информатика.Базовый курс 2000.

4.

Макарова Информатика.Учебник для ВУЗов М.: Дрофа 2000.

еще рефераты

Еще работы по программированию, базе данных

Реферат по программированию, базе данных