ВВЕДЕНИЕ В ИНФОРМАТИКУ ИНФОРМАЦИЯ ОБРАЗОВ ИЛИ ЗВУКОВЫХ СИГНАЛОВ ИНФОРМАТИКА

ВВЕДЕНИЕ В ИНФОРМАТИКУ
ИНФОРМАЦИЯ- НАБОР СИМВОЛОВ, ГРАФИЧЕСКИХ
ОБРАЗОВ ИЛИ ЗВУКОВЫХ СИГНАЛОВ, НЕСУЩИХ
ОПРЕДЕЛЕННУЮ СМЫСЛОВУЮ НАГРУЗКУ.
ИНФОРМАТИКА- НАУКА, ИЗУЧАЮЩАЯ СПОСОБЫ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО СОЗДАНИЯ, ХРАНЕНИЯ,
ОБРАБОТКИ, ИСПОЛЬЗОВАНИЯ, ПЕРЕДАЧИ И
ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ.
Термин "информатика" (франц. informatique) происходит от
французских слов information (информация) и automatique (автоматика)
и дословно означает "информационная автоматика" или другими
словами автоматизированную обработку информации.
Широко распространён также англоязычный вариант этого термина —
"Сomputer science", что означает буквально "компьютерная наука".
В развитых странах большинство работающих заняты не в сфере
производства, а в той или иной степени занимаются обработкой информации.
Поэтому философы называют нашу эпоху постиндустриальной.
В 1983 году американский сенатор Г.Харт охарактеризовал этот процесс так:
"Мы переходим от экономики, основанной на тяжелой промышленности, к
экономике, которая все больше ориентируется на информацию, новейшую
технику и технологию, средства связи и услуги."
В 1978 году международный научный конгресс официально закрепил за понятием
"информатика" области, связанные с:
--разработкой,
--созданием,
--использованием,
--материально-техническим обслуживанием систем обработки информации,
включая компьютеры и их программное обеспечение,
--организационные, коммерческие, административные и социально-политические
аспекты компьютеризации — массового внедрения компьютерной техники во все
области жизни людей.
Информатика — научная дисциплина с широчайшим диапазоном
применения.
Её основные направления:
--pазpаботка вычислительных систем и пpогpаммного обеспечения;
--теоpия инфоpмации, изучающая процессы, связанные с передачей,
приёмом, преобразованием и хранением информации;
--методы искусственного интеллекта, позволяющие создавать программы
для решения задач, требующих определённых интеллектуальных усилий при
выполнении их человеком (логический вывод, обучение, понимание речи,
визуальное восприятие, игры и др.);
--системный анализ, заключающийся в анализе назначения проектируемой
системы и в установлении требований, которым она должна отвечать;
--методы машинной графики, анимации, средства мультимедиа;
--средства телекоммуникации, в том числе, глобальные компьютерные сети,
объединяющие всё человечество в единое информационное сообщество;
--разнообразные пpиложения, охватывающие производство, науку,
образование, биологию, медицину, торговлю, сельское хозяйство и все другие
виды хозяйственной и общественной деятельности.
Информационные технологии – это совокупность средств и методов сбора,
обработки и передачи данных для получения информации нового качества о
состоянии исследуемого объекта, процесса или явления.
Примерами наиболее впечатляющих реализаций информационных технологий
могут служить:
1) АСУ – автоматизированные системы управления;
2) АСУ ТП – промышленные роботы;
3) АСНИ – автоматизированные системы научных исследований;
4) САПР – системы автоматизированного проектирования;
5) ГИС – географические информационные системы;
6) Медицинские диагностические системы – аппаратнопрограммные комплексы, применяемые для диагностики заболеваний
человека.
7) Автоматизированные системы продажи билетов;
8) Системы автоматизированного ведения бухгалтерско-финансовой
деятельности предприятий и организаций («1С Бухгалтерия»,
«Галактика»)
9) Глобальная компьютерная сеть Internet объединяет сотни
миллионов компьютеров в единую информационную систему.
Информатику обычно представляют состоящей из двух частей:
--технические средства;
--программные средства.
Технические средства, то есть аппаратура компьютеров, в английском
языке обозначаются словом Hardware, которое буквально переводится как
"твёрдые изделия".
Для программных средств выбрано слово Software (буквально — "мягкие
изделия"), которое подчёркивает равнозначность программного обеспечения и
самого компьютера и вместе с тем подчёркивает способность программного
обеспечения модифицироваться, приспосабливаться, развиваться.
Программное обеспечение — это совокупность всех программ,
используемых компьютерами, а также вся область деятельности по их
созданию и применению.
Помимо этих двух общепринятых ветвей информатики выделяют ещё одну
существенную ветвь — алгоритмические средства.
Для неё российский академик А.А. Дородницин предложил название
Brainware (от англ. brain — интеллект). Эта ветвь связана с разработкой
алгоритмов и изучением методов и приёмов их построения.
Информационная система представляет собой массивы
структурированных данных об объектах вместе с программно-аппаратными
средствами их обработки.
Под информационными процессами понимают процессы возникновения,
передачи, преобразования и использования информации, направленные на
достижение поставленной цели
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ
ПЕРЕДАЧА
входной
поток
ПРИЕМ
(ВВОД)
ВЫВОД
ОБРАБОТКА
ХРАНЕНИЕ
ГЕНЕРИРО-ВАНИЕ
ПОИСК
выходной
поток
Информация может существовать в самых разнообразных формах:
• в виде текстов, рисунков, чертежей, фотографий;
• в виде световых или звуковых сигналов;
• в виде радиоволн;
• в виде электрических и нервных импульсов;
• в виде магнитных записей;
• в виде жестов и мимики;
• в виде запахов и вкусовых ощущений;
• в виде хромосом, посредством которых передаются по
наследству признаки и свойства организмов и т.д.
Источник
информации
Канал связи
Сообщение
Получатель
информации
Чтобы сообщение было передано получателю, необходим носитель
информации.
Сообщение, переданное с помощью носителя, называется сигналом.
Сигналы делятся на дискретные (параметр сигнала принимает
последовательное во времени конечное число значений) и непрерывные
(параметр сигнала является непрерывной функцией от времени).
дискретный сигнал
непрерывный сигнал
1,2
1,2
1
1
0,8
0,8
0,6
0,6
0,4
0,4
0,2
0
-2
-1,5
-1
-0,5
0,2
t
0
0,5
1
1,5
t
0
2
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
Характеристики информации





достоверность;
количество;
полнота;
ценность;
своевременность;
понятность;
доступность;
краткость;
точность;
и др.
Информацию можно:







создавать;
передавать;
воспринимать;
иcпользовать;
запоминать;
принимать;
копировать;







формализовать;
распространять;
преобразовывать;
комбинировать;
обрабатывать;
делить на части;
упрощать;






собирать;
хранить;
искать;
измерять;
разрушать;
и др.
Все эти процессы, связанные с определенными операциями
над информацией, называются информационными
процессами.
Наряду с информацией используется термин данные. Данные –записанные
наблюдения, которые только хранятся. Если появляется возможность
использовать эти данные для уменьшения неопределенности, данные
превращаются в информацию. Например, если записать цифры нескольких
номеров телефонов – это данные, но если для них указать названия
соответствующих организаций и их род деятельности, то это уже
информация, которую можно использовать по назначению.
Знания связаны с данными, основываются на них, но представляют
результат мыслительной деятельности человека и обобщают его опыт,
полученный в ходе выполнения какой-либо практической деятельности.
Знания представляют собой закономерности предметной области,
позволяющие решать задачи в этой области.
Существуют два подхода в измерении количества информации:
вероятностный и объемный. Вероятностный подход развит американским
математиком К. Шенноном, а объемный связан с двоичным представлением
информации в ЭВМ.
вероятностный
объемный
Информация измеряется количеством
Iβ(α) = h(α) – hβ(α).
символов в сообщении. В разных
системах счисления (с/с) один разряд
N
имеет различный вес и соответственно
h()   p i  log p i
меняется единица измерения. В
i 1
двоичной системе счисления единица
N
измерения – бит (Bit – от английских
1
1
1
pi 
h( )    log  
слов Binary digit – двоичная цифра).
N
N
i 1 N
В десятичной системе счисления
Определим количество информации, единицей измерения является дит
связанное с появлением любого
(десятичный разряд).
символа русского языка в сообщении Например, сообщение 10111011 имеет
(33 буквы и знак «пробел»):
объем 8 бит (в 2 с/с). Сообщение
h = log2 34 ≈ 5 бит.
2784687 имеет объем 7 дит (в 10 с/с).
И числовая и символьная информация представляется в ЭВМ
в виде последовательности нулей и единиц. Числовая
информация при этом кодируется с использованием
позиционных систем счисления.
Система счисления – это способ представления чисел посредством цифр
и соответствующие ему правила действий над числами. Системы счисления
делятся на позиционные и непозиционные. Знаки, используемые при записи
чисел, называются цифрами.
В непозиционных системах счисления величина, которую обозначает
цифра, не зависит от ее положения в записи числа. Примером непозиционной
системы счисления является римская система, использующая в качестве
цифр буквы латинского алфавита:
I
V
X
L
C
D
M
1
5
10
50
100
500
1000
В римских числах цифры записываются слева направо в
порядке убывания, в этом случае их значения складываются.
Если же слева записана меньшая цифра, а справа большая, то
их значения вычитаются.
Например: VI = 5+1= 6
IV = 5-1 = 4
XCVIII = (-10 + 100) + 5 + 1 +1+ 1 = 98
MMIII = 1000 +1000 +1 + 1+1 =2003
В позиционных системах счисления величина, обозначаемая
цифрой в записи числа, зависит от ее позиции. Количество различных
цифр, используемых для записи чисел, называется основанием
позиционной системы счисления.
В десятичной системе счисления число 777,77, например, включает
цифру 7, представляющую сотни, десятки, единицы, десятые и сотые
доли единицы:
777 ,77  7  100  7  10  7 
1
1
7

10
100
 7  10  7  10  7  10  7  10
2
1
0
1
 7  10
2
5
  7  10 3i .
i 1
Число 10 является основой системы счисления (В = 10), определяемое
количеством используемых в ней цифр:
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.
2 1 0
1 2
7 7 7, 7 7
Позиции цифр в записи числа
называются разрядами числа.
Для компактной записи числовых данных в ЭВМ используются системы
счисления с основанием 2n: двоичная, восьмеричная,
шестнадцатеричная (соответственно, n = 1, n = 3, n = 4).
Системы счисления с другими основаниями использовались ранее,
например, цивилизацией майя – система счисления с основанием 20, в
древнем Вавилоне – система счисления с основанием 60. Именно в
соответствии с шестидесятеричной системой счисления час делится на 60
минут, а минута на 60 секунд.
Любое число в позиционной системе счисления записывается в виде
n
A   ai  B
i 1
p i
0,27 (10) = 0  100 + 2  10-1 + 7  10-2 , р = 0;
3240 (10) = 3  103 + 2  102 + 4  101 + 0  100, р = 4
Перевод из одной системы счисления в другую
37(10) = 100101(2)
315(10) = 473(8)
В ЭВМ данные любого типа – числовые, символьные,
графические, звуковые – представляются в двоичной системе
счисления. Для компактного представления числовые данные
записываются в восьмеричной или шестнадцатеричной системе
счисления.
Возможные цифры системы счисления с основанием В = 2, аi: 0, 1.
Возможные цифры системы счисления с основанием В = 8,
аi: 0, 1, 2, 3…,7.
Возможные цифры системы счисления с основанием B = 16 – это
цифры десятичной системы счисления 0, 1, 2, …, 9, а также буквы
латинского алфавита a, b, c, d, e, f, соответственно, 10, 11, 12, 13, 14,
15.
175 (10) = af (16)
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ТЕКСТОВОЙ ИНФОРМАЦИИ В ЭВМ И ЕЕ
ОБЪЕМ
ЛЮБОЕ СООБЩЕНИЕ НА ЛЮБОМ ЯЗЫКЕ СОСТОИТ ИЗ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ СИМВОЛОВ- БУКВ, ЦИФР,
ЗНАКОВ. Действительно, в каждом языке есть свой алфавит из
определенного набора букв (например, в русском- 33 буквы,
английском- 26, и т.д.). Из этих букв образуются слова, которые в
свою очередь, вместе с цифрами и знаками препинания образуют
предложения, в результате чего и создается текстовое
сообщение.
В ЭВМ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ 2 СИМВОЛА- НОЛЬ И ЕДИНИЦА
(0 и 1), АНАЛОГИЧНО ТОМУ, КАК В АЗБУКЕ МОРЗЕ
ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ТОЧКА И ТИРЕ.
ОБЪЕМ ИНФОРМАЦИИ, НЕОБХОДИМЫЙ ДЛЯ
ЗАПОМИНАНИЯ ОДНОГО ИЗ ДВУХ СИМВОЛОВ-0 ИЛИ 1,
НАЗЫВАЕТСЯ 1 БИТ (англ. binary digit- двоичная единица).
1 бит- минимально возможный объем информации. Он
соответствует промежутку времени, в течение которого по
проводнику передается или не передается электрический сигнал,
участку поверхности магнитного диска, частицы которого
намагничены в том или другом направлении, участку
поверхности оптического диска, который отражает или не
отражает лазерный луч, одному триггеру, находящемуся в одном
из двух возможных состояний.
Итак, если у нас есть 1 бит, то с его помощью мы можем закодировать один из
двух символов- либо 0, либо 1.
Если же есть 2 бита, то из них можно составить один из четырех вариантов
кодов: 00 , 01 , 10 , 11 .
Если есть 3 бита- один из восьми: 000 , 001 , 010 , 100 , 110 , 101 , 011 , 111 .
Закономерность очевидна:
1 бит- 2 варианта,
2 бита- 4 варианта,
3 бита- 8 вариантов;
4 бита- 16 вариантов,
5 бит- 32 варианта,
6 бит- 64 варианта,
7 бит- 128 вариантов,
8 бит- 256 вариантов,
9 бит- 512 вариантов,
10 бит- 1024 варианта,
....................
N бит - 2 в степени N вариантов.
В обычной жизни нам
достаточно 150-160
стандартных символов
(больших и маленьких русских
и латинских букв, цифр, знаков
препинания, арифметических
действий и т.п.). Если каждому
из них будет соответствовать
свой код из нулей и единиц, то
7 бит для этого будет
недостаточно (7 бит позволят
закодировать только 128
различных символов), поэтому
используют 8 бит.
ДЛЯ КОДИРОВАНИЯ ОДНОГО ПРИВЫЧНОГО ЧЕЛОВЕКУ
СИМВОЛА В ЭВМ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ 8 БИТ, ЧТО ПОЗВОЛЯЕТ
ЗАКОДИРОВАТЬ 256 РАЗЛИЧНЫХ СИМВОЛОВ.
СТАНДАРТНЫЙ НАБОР ИЗ 256 СИМВОЛОВ НАЗЫВАЕТСЯ ASCII (
произносится "аски", означает "Американский Стандартный Код для Обмена
Информацией"- англ. American Standart Code for Information Interchange).
ОН ВКЛЮЧАЕТ В СЕБЯ БОЛЬШИЕ И МАЛЕНЬКИЕ РУССКИЕ И
ЛАТИНСКИЕ БУКВЫ, ЦИФРЫ, ЗНАКИ ПРЕПИНАНИЯ И
АРИФМЕТИЧЕСКИХ ДЕЙСТВИЙ И Т.П.
КАЖДОМУ СИМВОЛУ ASCII СООТВЕТСТВУЕТ 8-БИТОВЫЙ
ДВОИЧНЫЙ КОД, НАПРИМЕР:
A - 01000001,
B - 01000010,
C - 01000011,
D - 01000100,
ОБЪЕМ ИНФОРМАЦИИ, НЕОБХОДИМЫЙ ДЛЯ ЗАПОМИНАНИЯ
ОДНОГО СИМВОЛА ASCII НАЗЫВАЕТСЯ 1 БАЙТ.
1 БАЙТ = 8 БИТ.
Остальные единицы объема информации являются производными от байта:
1 КИЛОБАЙТ (1 КБ)= 1024 БАЙТА И СООТВЕТСТВУЕТ ПРИМЕРНО
ПОЛОВИНЕ СТРАНИЦЫ ТЕКСТА,
1 МЕГАБАЙТ (1 МБ) = 1024 КИЛОБАЙТАМ И СООТВЕТСТВУЕТ
ПРИМЕРНО 500 СТРАНИЦАМ ТЕКСТА,
1 ГИГАБАЙТ (1 ГБ)= 1024 МЕГАБАЙТАМ И СООТВЕТСТВУЕТ
ПРИМЕРНО 2 КОМПЛЕКТАМ ЭНЦИКЛОПЕДИИ,
1 ТЕРАБАЙТ (1 ТБ)= 1024 ГИГАБАЙТАМ И СООТВЕТСТВУЕТ
ПРИМЕРНО 2000 КОМПЛЕКТАМ ЭНЦИКЛОПЕДИИ.
Обратите внимание, что в информатике смысл приставок кило- , мега- и
других в общепринятом смысле выполняется не точно, а приближенно,
поскольку соответствует увеличению не в 1000, а в 1024 раза.
СКОРОСТЬ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ПО ЛИНИЯМ
СВЯЗИ ИЗМЕРЯЕТСЯ В БОДАХ.
1 БОД = 1 БИТ/СЕК.
В частности, если говорят, что пропускная способность какогото устройства составляет 28 Килобод, то это значит, что с его
помощью можно передать по линии связи около 28 тысяч
нулей и единиц за одну секунду.
28 kbps (bps) – современное обозначение, либо 28 кбит/с.
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ В ЭВМ
КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА
РАСТРОВАЯ ГРАФИКА
ВЕКТОРНАЯ ГРАФИКА
(ПИКСЕЛЬНАЯ)
16
17
1
21
15
2
4
3
18
6
5
22
14
13
12
8
7
11
10
9
19
20
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РАСТРОВОЙ ГРАФИКИ С ПОМОЩЬЮ
ОПРЕДЕЛЕННОГО ЧИСЛА БИТ КОДИРУЕТСЯ ЦВЕТ КАЖДОГО
МЕЛЬЧАЙШЕГО ЭЛЕМЕНТА ИЗОБРАЖЕНИЯ - ПИКСЕЛА.
Изображение представляется в виде большого числа мелких точек,
называемых пикселами. Каждый из них имеет свой цвет, в результате чего и
образуется рисунок, аналогично тому, как из большого числа камней или
стекол создается мозаика или витраж, При использовании растрового способа
в ЭВМ под каждый пиксел отводится определенное число бит, называемое
битовой глубиной.
Каждому цвету соответствует определенный двоичный код (т.е. код из нулей
и единиц). Например, если битовая глубина равна 1, т.е. под каждый пиксел
отводится 1 бит, то 0 соответствует черному цвету, 1 -белому, а изображение
может быть только черно-белым. Если битовая глубина равна 2, т.е. под
каждый пиксел отводится 2 бита, 00- соответствует черному цвету, 01красному , 10 - синему , 11- черному , т.е. в рисунке может использоваться
четыре цвета. Далее, при битовой глубине 3 можно использовать 8 цветов, при
4 - 16 и т.д. Поэтому, графические программы позволяют создавать
изображения из 2, 4, 8, 16 , 32, 64, ... , 256, и т.д. цветов.
РАСТРОВАЯ ГРАФИКА
1 Бит
8 Бит
2 оттенка
256
оттенков
4 Бита
16 оттенков
32 Бита
4,3 109
оттенков
ОСНОВНЫМ НЕДОСТАТКОМ РАСТРОВОЙ ГРАФИКИ ЯВЛЯЕТСЯ БОЛЬШОЙ
ОБЪЕМ ПАМЯТИ, ТРЕБУЕМЫЙ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ.
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВЕКТОРНОЙ ГРАФИКИ В ПАМЯТИ ЭВМ
СОХРАНЯЕТСЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ КАЖДОГО
ГРАФИЧЕСКОГО ПРИМИТИВА- ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА
(НАПРИМЕР, ОТРЕЗКА, ОКРУЖНОСТИ, ПРЯМОУГОЛЬНИКА И
Т.П.), ИЗ КОТОРЫХ ФОРМИРУЕТСЯ ИЗОБРАЖЕНИЕ. В ЧАСТНОСТИ,
ДЛЯ ОТРИСОВКИ ОКРУЖНОСТИ ДОСТАТОЧНО ЗАПОМНИТЬ
ПОЛОЖЕНИЕ ЕЕ ЦЕНТРА, РАДИУС, ТОЛЩИНУ И ЦВЕТ ЛИНИИ.
ОСНОВНОЙ СФЕРОЙ ПРИМЕНЕНИЯ ВЕКТОРНОЙ ГРАФИКИ
ЯВЛЯЕТСЯ ОТРИСОВКА ЧЕРТЕЖЕЙ, СХЕМ, ДИАГРАММ И Т.П.
Файлы *.bmp , *.pcx , *.gif , *.msp , *.img и др. соответствуют
форматам растрового типа, *.dwg , *.dxf , *.pic и др. - векторного.
Информационные системы являются человеко-машинными системами и
обеспечивают сбор, хранение, обработку, поиск и выдачу информации,
которая необходима пользователю для принятия решений. В качестве
технического средства переработки информации, как правило, предполагается
персональный компьютер.
Информационное
обеспечение
Математическое
обеспечение
Информационная
система
Техническое
обеспечение
Программное
обеспечение
Организационное
обеспечение