инф контрольная Гареев ЭР. Контрольная работа по учебной дисциплине Информационные технологии в профессиональной деятельности
 Скачать 34.5 Kb.
|
|
ЧАСТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «БАШКИРСКИЙ ЭКОНОМИКО-ЮРИДИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ» (БЭК) Специальность 40.02.01 Право и организация социального обеспечения КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА по учебной дисциплине «Информационные технологии в профессиональной деятельности» Тема: Измерение информации. Кодирование данных в ЭВМ. Меры и единицы количества и объема информации. Разные подходы к измерению информации. Кодирование данных в ЭВМ: кодирование текстовой, графической и звуковой информации. Выполнил: Студент группы ОЗ-19 Гареев Эльдар Радикович Проверил преподаватель Муталов Ф.А. Оценка _____________________ Дата проверки _______________ Подпись преподавателя _______ Уфа 2022 Содержание Введение ................................................................................................................. 3 1. Разные подходы к измерению информации ................................................... 4 2. Меры и единицы количества и объема информации ..................................... 5 3. Вероятностный подход к измерению информации ........................................ 8 4. Кодирование текстовой информации .............................................................. 9 5. Кодирование графической информации ………………….………………… 9 6. Кодирование звуковой информации ………………………………............. 10 Заключение ........................................................................................................... 12 Список используемой литературы ..................................................................... 13 Введение Понятие информация является одним из фундаментальных в современной науке и базовым для информатики. Наряду с такими понятиями, как вещество и энергия, пространство и время, оно составляет основу современной картины мира, ее относят к фундаментальным философским категориям. Понятие информации многозначно и имеет множество определений, раскрывающих ту или иную грань этого понятия. В зависимости от области знания существуют различные подходы к определению понятия информации. В философском словаре говорится, что информация (лат. informatio -- разъяснение, изложение) -- это, во-первых, некоторые сведения, совокупность каких-либо данных, знаний; во-вторых -- одно из основных понятий кибернетики . В неживой природе понятие информации связывают с понятием отражения, отображения. В быту под информацией понимают сведения, которые нас интересуют, т.е. сведения об окружающем мире и протекающем в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальными устройствами (субъективный подход). В лингвистике под информацией понимают не любые сообщения, а только те из них, которые обладают новизной или полезностью, т.е. учитывается смысл сообщения. Под информацией в технике понимают сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов.1 В теории связи под информацией принято понимать любую последовательность символов, не учитывая их смысл. В теории информации под информацией понимают не любые сведения, а лишь те, которые снимают полностью или уменьшают существующую до их получения неопределенность. По определению К. Шеннона, информация -- это снятая неопределенность. 1. Разные подходы к измерению информации При всем многообразии подходов к определению понятия информации, с позиций измерения информации нас интересуют два из них: определение К. Шеннона, применяемое в математической теории информации, и определение А.Н. Колмогорова, применяемое в отраслях информатики, связанных с использованием компьютеров (computer science). В содержательном подходе возможна качественная оценка информации: новая, срочная, важная и т.д. Согласно Шеннону, информативность сообщения характеризуется содержащейся в нем полезной информацией - той частью сообщения, которая снимает полностью или уменьшает неопределенность какой-либо ситуации. Неопределенность некоторого события - это количество возможных исходов данного события. Так, например, неопределенность погоды на завтра обычно заключается в диапазоне температуры воздуха и возможности выпадения осадков. Содержательный подход часто называют субъективным, так как разные люди (субъекты) информацию об одном и том же предмете оценивают по-разному. Но если число исходов не зависит от суждений людей (случай бросания кубика или монеты), то информация о наступлении одного из возможных исходов является объективной. Алфавитный подход основан на том, что всякое сообщение можно закодировать с помощью конечной последовательности символов некоторого алфавита. С позиций computer science носителями информации являются любые последовательности символов, которые хранятся, передаются и обрабатываются с помощью компьютера. Согласно Колмогорову, информативность последовательности символов не зависит от содержания сообщения, а определяется минимально необходимым количеством символов для ее кодирования. Алфавитный подход является объективным, т.е. он не зависит от субъекта, воспринимающего сообщение. Смысл сообщения учитывается на этапе выбора алфавита кодирования либо не учитывается вообще. На первый взгляд определения Шеннона и Колмогорова кажутся разными, тем не менее, они хорошо согласуются при выборе единиц измерения. 2. Меры и единицы количества и объема информации. Решая различные задачи, человек вынужден использовать информацию об окружающем нас мире. И чем более полно и подробно человеком изучены те или иные явления, тем подчас проще найти ответ на поставленный вопрос. Так, например, знание законов физики позволяет создавать сложные приборы, а для того, чтобы перевести текст на иностранный язык, нужно знать грамматические правила и помнить много слов. Часто приходится слышать, что сообщение или несет мало информации или, наоборот, содержит исчерпывающую информацию. При этом разные люди, получившие одно и то же сообщение (например, прочитав статью в газете), по-разному оценивают количество информации, содержащейся в нем. Это происходит оттого, что знания людей об этих событиях (явлениях) до получения сообщения были различными. Поэтому те, кто знал об этом мало, сочтут, что получили много информации, те же, кто знал больше, чем написано в статье, скажут, что информации не получили вовсе. Количество информации в сообщении, таким образом, зависит от того, насколько ново это сообщение для получателя.2 Однако иногда возникает ситуация, когда людям сообщают много новых для них сведений (например, на лекции), а информации при этом они практически не получают (в этом нетрудно убедиться во время опроса или контрольной работы). Происходит это оттого, что сама тема в данный момент слушателям не представляется интересной. Итак, количество информации зависит от новизны сведений об интересном для получателя информации явлении. Иными словами, неопределенность (т.е. неполнота знания) по интересующему нас вопросу с получением информации уменьшается. Если в результате получения сообщения будет достигнута полная ясность в данном вопросе (т.е. неопределенность исчезнет), говорят, что была получена исчерпывающая информация. Это означает, что необходимости в получении дополнительной информации на эту тему нет. Напротив, если после получения сообщения неопределенность осталась прежней (сообщаемые сведения или уже были известны, или не относятся к делу), значит, информации получено не было (нулевая информация). Если подбросить монету и проследить, какой стороной она упадет, то мы получим определенную информацию. Обе стороны монеты "равноправны", поэтому одинаково вероятно, что выпадет как одна, так и другая сторона. В таких случаях говорят, что событие несет информацию в 1 бит. Если положить в мешок два шарика разного цвета, то, вытащив вслепую один шар, мы также получим информацию о цвете шара в 1 бит. Единица измерения информации называется бит (bit) - сокращение от английских слов binary digit, что означает двоичная цифра. В компьютерной технике бит соответствует физическому состоянию носителя информации: намагничено - не намагничено, есть отверстие - нет отверстия. При этом одно состояние принято обозначать цифрой 0, а другое - цифрой 1. Выбор одного из двух возможных вариантов позволяет также различать логические истину и ложь. Последовательностью битов можно закодировать текст, изображение, звук или какую-либо другую информацию. Такой метод представления информации называется двоичным кодированием (binary encoding). В информатике часто используется величина, называемая байтом (byte) и равная 8 битам. И если бит позволяет выбрать один вариант из двух возможных, то байт, соответственно, 1 из 256 (28). В большинстве современных ЭВМ при кодировании каждому символу соответствует своя последовательность из восьми нулей и единиц, т. е. байт. Соответствие байтов и символов задается с помощью таблицы, в которой для каждого кода указывается свой символ. Так, например, в широко распространенной кодировке Koi8-R буква "М" имеет код 11101101, буква "И" - код 11101001, а пробел - код 00100000. Наряду с байтами для измерения количества информации используются более крупные единицы:3 1 Кбайт (один килобайт) = 210 байт = 1024 байта; 1 Мбайт (один мегабайт) = 210 Кбайт = 1024 Кбайта; 1 Гбайт (один гигабайт) = 210 Мбайт = 1024 Мбайта. В последнее время в связи с увеличением объёмов обрабатываемой информации входят в употребление такие производные единицы, как: 1 Терабайт (Тб) = 1024 Гбайта = 240 байта, 1 Петабайт (Пб) = 1024 Тбайта = 250 байта. Рассмотрим, как можно подсчитать количество информации в сообщении, используя содержательный подход. Пусть в некотором сообщении содержатся сведения о том, что произошло одно из N равновероятных событий. Тогда количество информации х, заключенное в этом сообщении, и число событий N связаны формулой: 2x = N. Решение такого уравнения с неизвестной х имеет вид: x=log2N. То есть именно такое количество информации необходимо для устранения неопределенности из N равнозначных вариантов. Эта формула носит название формулы Хартли. Получена она в 1928 г. американским инженером Р. Хартли. Процесс получения информации он формулировал примерно так: если в заданном множестве, содержащем N равнозначных элементов, выделен некоторый элемент x, о котором известно лишь, что он принадлежит этому множеству, то, чтобы найти x, необходимо получить количество информации, равное log2N. Если N равно целой степени двойки (2, 4, 8, 16 и т.д.), то вычисления легко произвести "в уме". В противном случае количество информации становится нецелой величиной, и для решения задачи придется воспользоваться таблицей логарифмов либо определять значение логарифма приблизительно (ближайшее целое число, большее ). При алфавитном подходе, если допустить, что все символы алфавита встречаются в тексте с одинаковой частотой (равновероятно), то количество информации, которое несет каждый символ (информационный вес одного символа), вычисляется по формуле: x=log2N, где N - мощность алфавита (полное количество символов, составляющих алфавит выбранного кодирования). В алфавите, который состоит из двух символов (двоичное кодирование), каждый символ несет 1 бит (21) информации; из четырех символов - каждый символ несет 2 бита информации(22); из восьми символов - 3 бита (23) и т.д. Один символ из алфавита мощностью 256 (28) несет в тексте 8 битов информации. Как мы уже выяснили, такое количество информации называется байт. Алфавит из 256 символов используется для представления текстов в компьютере. Один байт информации можно передать с помощью одного символа кодировки ASCII. Если весь текст состоит из K символов, то при алфавитном подходе размер содержащейся в нем информации I определяется по формуле: I=K-x, где x - информационный вес одного символа в используемом алфавите. Например, книга содержит 100 страниц; на каждой странице - 35 строк, в каждой строке - 50 символов. Рассчитаем объем информации, содержащийся в книге. Страница содержит 35 x 50 = 1750 байт информации. Объем всей информации в книге (в разных единицах): 1750 x 100 = 175000 байт. 175000 / 1024 = 170,8984 Кбайт. 170,8984 / 1024 = 0,166893 Мбайт. 3. Вероятностный подход к измерению информации Формулу для вычисления количества информации, учитывающую неодинаковую вероятность событий, предложил К. Шеннон в 1948 году. Количественная зависимость между вероятностью события р и количеством информации в сообщении о нем x выражается формулой: x=log2 (1/p). Качественную связь между вероятностью события и количеством информации в сообщении об этом событии можно выразить следующим образом - чем меньше вероятность некоторого события, тем больше информации содержит сообщение об этом событии. Рассмотрим некоторую ситуацию. В коробке имеется 50 шаров. Из них 40 белых и 10 черных. Очевидно, вероятность того, что при вытаскивании "не глядя" попадется белый шар больше, чем вероятность попадания черного. Можно сделать заключение о вероятности события, которые интуитивно понятны. Проведем количественную оценку вероятности для каждой ситуации. Обозначим pч - вероятность попадания при вытаскивании черного шара, рб - вероятность попадания белого шара. Тогда: рч=10/50=0,2; рб40/50=0,8. Заметим, что вероятность попадания белого шара в 4 раза больше, чем черного. Делаем вывод: если N - это общее число возможных исходов какого-то процесса (вытаскивание шара), и из них интересующее нас событие (вытаскивание белого шара) может произойти K раз, то вероятность этого события равна K/N. Вероятность выражается в долях единицы. Вероятность достоверного события равна 1 (из 50 белых шаров вытащен белый шар). Вероятность невозможного события равна нулю (из 50 белых шаров вытащен черный шар). 4. Кодирование текстовой информации Принцип кодирования: каждому символу ставится в соответствие определенный уникальный числовой (двоичный) код. Таблица, устанавливающая такое соответствие, называется таблицей кодировки символов. Количество различных символов (N), которые можно закодировать с помощью какой-либо таблицы кодировки, определяется числом двоичных разрядов (k), отводимых под кодирование одного символа: N=2k. Наибольшее распространение получило 8-разрядное кодирование (на кодирование одного символа отводится 8 бит = 1 байт), позволяющее закодировать N=28=256 различных символов. В различных кодировках: коды от 0 до 32 - соответствуют управляющим клавишам (Enter, Esc и т. п.); от 33 до 127 - латинским буквам, цифрам, знакам арифметическим операций и знакам препинания; от 128 до 255 (расширенная часть таблицы кодировки) - для символов национальных алфавитов (в т. ч. кириллицы). Наиболее распространенные 8-разрядные таблицы кодировок: ASCII (принята в качестве стандарта в MS-DOS), Windows-1251 (CP1251), КОИ-8, ISO. UNICODE - 16-разрядная кодировка символов, позволяющая закодировать 216 = 65536 различных символов. 4. Кодирование графической информации Минимальный объект кодирования растрового графического изображения - пиксель. В основе кодирования цветных графических изображений - принцип декомпозиции цветов - т. е. разложение произвольного цвета на основные составляющие (например, по системе RGB: красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue)).4 Глубина кодирования (глубина цвета) - количество бит (двоичных разрядов), используемых для кодирования цвета одной точки. От глубины цвета (k) зависит количество отображаемых цветов (N) - т. е. количество возможных состояний одной точки изображения: N=2k. Наиболее распространенные значения глубины цвета: 4, 8, 16, 24 бита на точку. Разрешение - количество точек (пикселей) изображения, приходящихся на единицу длины. От разрешения зависит размер пикселя. Наиболее частот используемые экранные разрешения: 640x480, 800x600, 1024x768, 1280x1024 точек. Глубина кодирования и разрешение влияют на качество кодирования изображения. Объем видеопамяти (V), необходимый для формирования графического изображения на экране: V = M * N * k, где M - кол-во точек изображения по горизонтали, N - кол-во точек изображения по вертикали, k - глубина цвета (бит). 5. Кодирование звуковой информации Для кодирования непрерывного (аналогового) звукового сигнала производится его дискретизация по времени (временная дискретизация, оцифровка) - разбиение непрерывной звуковой волны на отдельные короткие временные участки с измерением для каждого из них интенсивности звукового сигнала (величины амплитуды). Это выполняется аналогово-цифровым преобразователем (АЦП). При воспроизведении закодированного (оцифрованного) звука выполняется обратное преобразование цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) с последующим сглаживанием ступенчатого сигнала через аналоговый фильтр. Глубина кодирования звука - количество бит (двоичных разрядов), используемых для кодирования уровня интенсивности (амплитуды) одного звукового сигнала.5 От глубины звука (k) зависит количество отражаемых в кодировании различных уровней звукового сигнала (N): N=2k. Частота дискретизации - количество измерений уровня (амплитуды, интенсивности) звукового сигнала в единицу времени. Количество измерений в секунду может лежать в диапазоне от 8000 до 48000, т. е. диапазон частоты дискретизации аналогового звукового сигнала: от 8 до 48 кГц. Глубина кодирования и частота дискретизации влияют на качество кодирования звука. Информационный объем моноаудиофайла (V): V = N * f * k, где N - общая длительность звучания (секунд), f - частота дискретизации (Гц), k - глубина кодирования (бит). Представление чисел в памяти компьютера Традиционная форма записи чисел, используемая в повседневной жизни, называется естественной формой записи чисел. Существует также экспоненциальная форма представления чисел: Aq = m * qp, где q - основание системы счисления, m - мантисса числа, p- порядок числа. Для 10-ой с/с: A10 = m * 10p, для 2-ой с/с: A2 = m * 2p. В компьютере числа представляются в одной из двух форм: 1. В форме с фиксированной точкой - соответствует естественной двоичной форме записи чисел с фиксированной разрядностью и указанием знака числа. В современных ЭВМ в такой форме представляются только целые числа. 2. В форме с плавающей точкой - соответствует экспоненциальной двоичной форме записи чисел с фиксированной разрядностью мантиссы и порядка и указанием знаков мантиссы и порядка. В компьютере числа в плавающей форме записываются в нормализованном виде (когда первая цифра мантиссы числа не равна нулю). Заключение В настоящее время не существует единого определения термина информация. С точки зрения различных областей знания, данное понятие описывается своим специфическим набором признаков. В информатике широко используется такое определение: информация - сведения, передаваемые источником получателю (приёмнику). Без информации не может существовать жизнь в любой форме и не могут функционировать созданные человеком любые информационные системы. Свойства информации можно рассматривать в трех аспектах: техническом - это точность, надежность, скорость передачи сигналов и т.д.; семантическом - это передача смысла текста с помощью кодов и прагматическом - это насколько эффективно информация влияет на поведение объекта. Единицы измерения информации служат для измерения объёма информации - величины, исчисляемой логарифмически. Соответствующая ему единица - бит - является основой исчисления информации в цифровой технике. Чаще всего измерение информации касается объёма компьютерной памяти и объёма данных, передаваемых по цифровым каналам связи. Объёмы информации можно представлять как логарифм количества состояний. Список используемой литературы 1. Философский словарь / Под ред. М.М. Розенталя, П.Ф. Юдина, М., 1963 2. Кибернетика. Становление информатики: Сб. статей. М., 2019 3. Информатика. Базовый курс / Симонович С.В. и др. - СПб: Издательство "Питер", 2020 4. Меняев, М.Ф.Информатика и основы программирования / М.Ф. Меняев. - М.: Омега-Л, 2020 Единицы информации 1 Информатика. Базовый курс / Симонович С.В. и др. - СПб: Издательство "Питер", 2020 , с.18 2 Кибернетика. Становление информатики: Сб. статей. М., 2019, с.131 3 Меняев, М.Ф.Информатика и основы программирования / М.Ф. Меняев. - М.: Омега-Л, 2020, с.78 4 Информатика. Базовый курс / Симонович С.В. и др. - СПб: Издательство "Питер", 2020, с.321 5 Информатика. Базовый курс / Симонович С.В. и др. - СПб: Издательство "Питер", 2020, с.389 |