Лекция по теме Ввеление в информатику

(Базовый курс)

1. Информатика. Информационные технологии. Предмет и задачи информатики

Информационное общество — общество, в котором большинство работающих занято производством, хранением, переработкой и реализацией информации, особенно высшей ее формы — знаний.

Информатизация общества — организованный социально-экономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей и реализации прав граждан, органов государственной власти, органов местного самоуправления, организаций, общественных объединений на основе формирования и использования информационных ресурсов

Информационная культура — умение целенаправленно работать с информацией и использовать для ее получения, обработки и передачи компьютерную информационную технологию, современные технические средства и методы.

Информационные ресурсы - в широком смысле - совокупность данных, организованных для эффективного получения достоверной информации.

Информационные ресурсы — отдельные документы и отдельные массивы документов, документы и массивы документов в информационных системах (библиотеках, архивах, фондах, банках данных, других информационных системах).

Информационный продукт — совокупность данных, сформированная производителем для распространения в вещественной или невещественной форме.

Информатика – это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.

Сбор данных – это деятельность субъекта по накоплению данных с целью обеспечения их полноты.

Передача данных - это процесс обмена данными.

Хранение данных – это поддержание данных в форме, постоянно готовой к выдаче их потребителю.

Обработка данных – это процесс преобразования информации от исходной ее формы до определенного результата.

Информационная технология – это система методов и способов сбора, хранения, обработки и передачи данных.

Аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;

Программное обеспечение средств вычислительной техники;

Средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;

Средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

В информатике особое внимание уделяется вопросам взаимодействия. Для этого даже введено специальное понятие – интерфейс.

Выделяют следующие виды интерфейсов в вычислительной среде:

Аппаратный интерфейс – взаимодействие отдельных аппаратных компонентов между собой;
Программный интерфейс – взаимодействие отдельных программных средств;
Аппаратно-программный интерфейс – совокупность взаимодействия программных и аппаратных средств;
Пользовательский интерфейс – взаимодействие человека с аппаратными и программными средствами.

Задачи информатики

Архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем предназначенных для автоматической обработки данных).
Интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением).
Программирование (приемы, методы и средства разработки компьютерных программ).
Преобразование данных (приемы и и методы преобразования структур данных).

Защита информации (обобщение приемов, разработка методов и средств защиты данных).
Автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека).
Стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программными средствами, а также между форматами представления данных, относящихся к различным типам вычислительных систем).

Термин "информация" происходит от латинского слова "information", что означает сведения, разъяснения, изложение.

Информация в наиболее общем понимании — это отражение предметного мира с помощью знаков и сигналов.

Все виды энергообмена сопровождаются появлением сигнала.

Сигнал (от лат. signum — знак) - знак, физический процесс (или явление), несущий информацию о каком-либо событии.

Сигнал является материальным носителем информации, которая передается от источника к потребителю.

Сигнал – это изменяющийся во времени физический процесс.

Характеристика, которая используется для представления данных, называется параметром сигнала.

Если параметр сигнала принимает ряд последовательных значений и их конечное число, сигнал называется дискретным.

Если параметр сигнала непрерывная функция, то сигнал называется непрерывным.

Квантование сигнала - преобразование сигнала в последовательность импульсов. Применяется при преобразовании непрерывной величины в код в вычислительных устройствах.

Совершенно очевидно, что одни и те же данные могут в момент потребления поставлять разную информацию в зависимости от степени адекватности взаимодействующих с ними методов.

Необходимо четко различать такие понятия как данные и информация и подчеркивают связь между ними.

Для того чтобы данные стали информацией необходимо наличие методов пересчета одной величины в другую.

Информационный процесс, процесс, в ходе которого данные преобразуются в информацию.

В соответствии с методом регистрации данные могут храниться и транспортироваться на носителях различных видов.

Для того чтобы унифицировать форму представления данных используют прием кодирование.

Кодирование – выражение данных одного типа через данные другого типа.

Количество информации – это числовая характеристика сигнала, которая не зависит от его формы и содержания и характеризует степень неопределенности, которая исчезает после выбора (получения) сообщения в виде данного сигнала.

Измерение информации. В информатике используются различные подходы к измерению информации:

Содержательный подход. Сообщение – информативный поток, который в процессе передачи информации поступает к приемнику. Сообщение несет информацию для человека, если содержащиеся в нем сведения являются для него новыми и понятными  Информация дает знания человеку, а это значит, что сообщение должно быть информативно. Если сообщение не информативно, то количество информации с точки зрения человека = 0.

Алфавитный подход. Не связывает количество информации с содержанием сообщения. Алфавитный подход – это объективный подход к измерению информации. Он удобен при использовании технических средств работы с информацией, т.к. не зависит от содержания сообщения. Количество информации зависит от объема текста и мощности алфавита.

Вероятностный подход. Учитывает вероятность появления сообщений: более информативным считается то сообщение, которое менее вероятно, т.е. менее всего ожидалось. Применяется при оценке значимости получаемой информации.

Меры информации бывают следующие:

Синтаксическая мера информации – оперирует с обезличенной информацией, не выражающей смыслового отношения к объекту.

Объем данных Vд в сообщении измеряется количеством символов (разрядов) в этом сообщении. В различных системах счисления один разряд имеет различный вес и соответственно меняется единица измерения данных:

Предположим, что до получения информации пользователь имеет предварительные сведения о системе , и хочет получить сообщение . Мера неосведомленности пользователя выражена функцией Н(), а дополнительная информация, которую он приобрел I(). Тогда количество информации I() определится по формуле:

т.е. количество информации измеряется изменением (уменьшением) неопределенности состояния системы. А Н() – конечная неопределенность. Если конечная неопределенность обратится в ноль, то количество информации:

Энтропия системы Н(), имеющая N возможных состояний, согласно формуле Шеннона, равна:

где Pi – вероятность того, что система находится в i-м состоянии.

Для случая, когда все состояния системы равновероятны, т.е. их вероятности равны

ее энтропия определяется соотношением

Часто информация кодируется числовыми кодами в той или иной системе счисления, особенно это актуально при представлении информации в компьютере.

N=mn

N – число всевозможных отображаемых состояний;
m – основание системы счисления;
n – число разрядов в сообщении.

Пример. По каналу связи передается n-разрядное сообщение, использующее m различных символов. Так как количество всевозможных кодовых комбинаций будет N=mn, то при равновероятности появления любой из них количество информации, приобретенной абонентом в результате получения сообщения, будет:

I = log N= n log m – формула Хартли

Если в качестве основания логарифма принять m, то I = n. В данном случае количество информации будет равно объему данных I = Vд, полученных по каналу связи. Для неравновероятных состояний системы всегда I< Vд = n.

Бит – (Binary digit) - это количество информации, которое содержится в одном двоичном разряде.

В вычислительной технике битом называют наименьшую "порцию" памяти компьютера, необходимую для хранения одного из двух знаков "0" и "1", используемых для внутри машинного представления данных и команд.

Используются следующие единицы измерения информации:
1 байт = 8 бит

1 Килобайт = 1024 байт (210 байт);
1 Мегабайт = 1024 Килобайт (220 байт);
1 Гигабайт = 1024 Мегабайт (230 байт);

Коэффициент (степень) информативности (лаконичность) сообщения определяется отношением количества информации к объему данных, т.е.

причем 0

С увеличение Y уменьшаются объемы работы по преобразованию информации в системе. Поэтому стремятся к повышению информативности.

Семантическая мера информации. Для измерения смыслового содержания информации, т.е. ее количества на семантическом уровне. Самая распространенная тезаурусная мера. Она связывает семантические свойства информации со способностью пользователя принимать поступившее сообщение.

Тезаурус – это совокупность сведений, которыми располагает пользователь или система.

Прагматическая мера информации. Определяет полезность информации (ценность) для достижения пользователем поставленной цели.

Качество информации является одним из важнейших параметров для потребителя информации. Оно определяется следующими характеристиками:

репрезентативность – правильность отбора информации в целях адекватного отражения источника информации.

содержательность – семантическая емкость информации.

достаточность (полнота) – минимальный, но достаточный состав данных для достижения целей, которые преследует потребитель информации.

доступность – простота (или возможность) выполнения процедур получения и преобразования информации.

актуальность – зависит от динамики изменения характеристик информации и определяется сохранением ценности информации для пользователя в момент ее использования.

своевременность – поступление не позже заранее назначенного срока.

точность – степень близости информации к реальному состоянию источника информации.

достоверность – свойство информации отражать источник информации с необходимой точностью.

устойчивость – способность информации реагировать на изменения исходных данных без нарушения необходимой точности

адекватность информации – это степень соответствия информации реальному объективному состоянию дела.

объективность и субъективность информации. Более объективной принято считать информацию, в которую методы вносят меньший субъективный элемент (например, фотография и портрет).

ценность информации, – отражает, в какой степени она способствует достижению целей и задач ее потребителя (например, управляющей системы).

корректность информации – определяет обладает ли информация такими формой и содержанием, которые обеспечивают ее однозначное восприятие всеми потребителями.