Лекции Предмет, объекты, задачи и функции курса Информационнокоммуникационные технологии
 Скачать 169.84 Kb.
|
|
Тема 1.1. Введение. Основные понятия информационно-коммуникационных технологий. План лекции Предмет, объекты, задачи и функции курса «Информационно-коммуникационные технологии». Информация, её формы, виды, свойства и характеристики. Кодирование информации. Принципы представления в компьютере текстовой, графической, аудио- и видеоинформации. 1. Предмет, объекты, задачи и функции курса «Информационно-коммуникационные технологии». Слово «информатика» происходит от французского слова Informatique, образованного в результате объединения слов Informacion (информация) и Automatique (автоматика), что выражает его суть как науки об автоматической обработке информации. Кроме Франции термин «информатика» используется в ряде стран Восточной Европы. В то же время, в большинстве стран Западной Европы и США используется другой термин ‑ Computer Science (наука о компьютерах). Термин «информатика» появился в 1961 году, а официально введен для обозначения сферы автоматической обработки информации во всех сферах человеческой деятельности в 1966 году. Таким образом, информатика как наука оформилась в середине 60-х гг. двадцатого столетия. Истоки ее находились на стыке библиотечного дела, лингвистики и вычислительной техники. Сначала основным содержанием информатики было изучение закономерностей накопления информации и методов ее поиска, а едва ли не единым полем ее применения - библиотечные каталоги. В дальнейшем бурное развитие вычислительной техники привело к изменению содержания информатики. Уже к середине семидесятых годов были созданы мощные информационно-поисковые и информационно-справочные системы разного назначения с использованием ЭВМ и магнитных носителей большого объема. Информатику стали понимать как научную дисциплину, которая изучает структуру и общие свойства информации, закономерности ее сбора, преобразования, передачи, хранения и использования с применением средств вычислительной техники в разных сферах человеческой деятельности. Итак, Информатика — это комплексная научная и инженерно-техническая дисциплина, которая изучает законы и методы автоматической обработки информации во всех сферах человеческой деятельности. Кратко это можно представить в виде: ИНФОРМАТИКА = ИНФОРМАЦИЯ + АВТОМАТИКА Дадим характеристику информатики как науки. Для этого определим объекты, предметы, функции и задачи информатики. Объектами изучения информатики являются: 1. информация, её свойства, функции, характеристики; 2. информационные процессы, которые происходят в природе и обществе. Это процессы сбора, производства, распространения, преобразования, поиска, получения, передачи и потребления информации; 3. информационные системы, которые представляют собой совокупность содержащейся в базах данных информации и обеспечивающих ее обработку информационных технологий и технических средств. Согласно Закону ДНР «Об информации и информационных технологиях» от 07.08.2015г., информационные технологии – процессы, методы поиска, сбора, хранения, обработки, предоставления, распространения информации и способы осуществления таких процессов и методов. Информатика изучает возможность применения автоматизированных информационных технологий в конкретных областях общественной практики, проблемы использования ЭВМ в социально-экономических системах и решение отдельных задач обработки информации. Предметом информатики является изучение возможности применения законов и методов автоматической обработки информации и информационно-коммуникационных технологий в конкретных областях общественной деятельности, в социально-экономических системах. Основная задача информатики как науки состоит в систематизации существующих приемов и методов автоматической обработки информации, а также методическом обеспечении новых исследований с целью внедрения и развития передовых, более эффективных информационно-коммуникационных технологий работы с данными для удовлетворения информационных потребностей людей, повышения качества их жизни, экономического роста. Главная функция информатики заключается в разработке новых перспективных и прорывных технологий, методов и средств обработки информации и их использовании в человеческой деятельности. 2. Информация, её формы, виды, свойства и характеристики. Поскольку предметной областью информатики являются процессы манипуляции с информацией, необходимо определиться непосредственно с понятием и свойствами информации. Несмотря на широкую распространённость, понятие информации остаётся одним из самых дискуссионных в науке, а термин может иметь различные значения в разных отраслях человеческой деятельности. В настоящее время не существует единого определения термина «информация». Информация является также одним из фундаментальных понятий науки, таким как материя, энергия, пространство, время. Информация является общим свойством окружающей нас действительности и означает сведения, знания. Под информацией следует понимать не сами предметы и явления, а их характеристики, которые отображены в виде чисел, формул, описаний, символов и образов. Это некоторая совокупность сигналов, воздействий, которые могут восприниматься из окружающей среды, храниться и передаваться в окружающую среду. Потребитель информации снижает степень своей неопределенности об окружающей среде в процессе восприятия информации о ней. Приведем некоторые определения термина «информация»: сведения (сообщения, данные) независимо от формы их представления (закон ДНР «Об информации и информационных технологиях» от 07.08.2015г.); сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальным устройством (толковый словарь русского языка Ожегова); обозначение содержания, полученное нами из внешнего мира в процессе приспосабливания к нему нас и наших чувств (основоположник кибернетики Норберт Винер); сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний (Н.В. Макарова). С точки зрения изучения предмета информатики наиболее удачным представляется следующее определение: ИНФОРМАЦИЯ — это сведения о явлениях, объектах, процессах, которые в свою очередь являются объектами приема, передачи, обработки и хранения. Формы представления информации. Информация, которую человек воспринимает с помощью органов чувств, называют органолептической. Существуют следующие формы представления органолептической информации: визуальная – органы зрения. аудиальная – органы слуха. тактильная – органы осязания. запахи – органы обоняния. вкусовая – органы вкуса. 90 % информации человек воспринимает при помощи органов зрения, 9 % информации — посредством органов слуха, 1 % информации — при помощи остальных органов чувств. Для тактильной, вкусовой и передаваемой запахами информации до сих пор не изобретено способов их кодирования и хранения. Поэтому с практической точки зрения сбора, хранения, обработки и использования информации выделим визуальную и аудиальную формы, а также введем понятие телекоммуникационной информации. Телекоммуникационная информация — вся информация, которая передается по проводным и беспроводным каналам связи в виде электромагнитных сигналов, обрабатывается в электронном виде и хранится на различных запоминающих устройствах в виде цифровых сигналов. Итак, основные формы представления информации: Визуальная — передается в виде электромагнитных волн (все, что мы видим). Одной из ее особенностей можно считать, что она воспринимается нами до тех пор, пока объект остается в поле зрения. Аудиальная — передается в виде акустических волн (все звуки, которые мы слышим). Особенность этой информации в том, что акустические волны постепенно затухают (через некоторое время после начала звучания информация становится недоступной). Телекоммуникационная. Особенностью телекоммуникационной информацией является то, что человек ее практически не воспринимает и без соответствующего оконечного устройства — терминала (компьютера, смартфона, телевизора и т.п.) — смысловая нагрузка этой информации человеку будет непонятна. Виды информации. По видам носителей информация может быть представлена: на бумаге; на машиночитаемых носителях; в виде изображения на экране ЭВМ; в памяти ЭВМ; на других носителях. В информатике, в зависимости от того как кодируется, обрабатывается информация, какие для этого нужны программные средства (текстовые, графические, звуковые редакторы, электронные таблицы и т.п.) и устройства ввода-вывода (клавиатура, микрофон, сканер, монитор и т.п.), выделяют следующие виды: текстовая (к ней отнесем и числовую, т.к., по сути, число – это текст); аудиоинформация; графическая; видеоинформация. Социальная информация — это информация, создаваемая и передаваемая людьми, отражающая определенные знания, эмоции, волевые воздействия, включенные в коммуникационный процесс. В зависимости от сферы применения в обществе различают следующие виды социальной информации: политическая; экономическая; научно-техническая; массовая; правовая; статистическая; о чрезвычайных ситуациях; о гражданах (персональные данные); компьютерная; и др. Свойства и характеристики информации. Фундаментальные свойства информации При всем разнообразии информации по своей природе она, как и любой объект, имеет определенные свойства. Информация идеальна. «Идеальное — это то, чего в природе нет, но что конструируется человеком в соответствии с его потребностями, интересами, целями, что подлежит реализации на практике». Пока информация находится в памяти человека, она идеальна. И перенос ее на материальный носитель (запись на бумаге, на носителях информации в компьютере и т.д.) не означает, что информация материализуется. Материален лишь носитель информации. Сама информация по-прежнему идеальна, ибо она осталась в памяти ее создателя или человека, который был с ней ознакомлен. Неисчерпаемость информации. Неисчерпаемость информации — информация может иметь неограниченное число пользователей, использоваться неограниченное число раз и при этом оставаться неизменной. Трансформируемость информации. Трансформируемость информации означает независимость содержания информации от формы фиксации и способа предъявления. Универсальность информации. Универсальность информации — содержание информации может быть любым и обо всем. Другие важные свойства информации С точки зрения информатики наиболее важными свойствами информации являются: Объем информации. Одним из самых важных свойств информации есть ее количественная оценка, которая выражается в единицах количества информации. От объема зависит, сколько времени потребуется на обработку и передачу этой информации, какую ёмкость должны иметь запоминающие устройства для ее хранения. В повседневной жизни объем информации оценивается в разных единицах измерения. Он может измеряться в количестве букв, слов, страниц, листов и т.д. В информатике для определения количества информации используют единицу измерения — БИТ. Один бит — количество информации, которое содержится в сообщениях типа «да» или «нет» (1 или 0 в двоичном коде). Слово бит (bit) образовано от сокращения английских слов binary digit - двоичная цифра. Бит — наименьшая единица измерения объема информации, эквивалентная результату выбора одной из двух взаимоисключающих альтернатив. Конечно же, бит является очень маленькой единицей для измерения объема информации. Поэтому в вычислительной технике используются более емкие единицы измерения объема информации, кратные биту: Байт, килоБайт, мегаБайт, гигаБайт, тераБайт и т.д. Вот соотношения между битом и Байтом: 1 Байт = 8 бит И дальше по возрастанию: 1 КБайт (КилоБайт) = 210 Байт =1024 Байт 1 МБайт (МегаБайт) = 210 КБайт =1024 КБайт 1 ГБайт (ГигаБайт) = 210 МБайт =1024 МБайт 1 ТБайт (ТераБайт) = 210 ГБайт =1024 ГБайт 1 Пбайт (ПетаБайт) = 210 ТБайт =1024 ТБайт 1 Эбайт (ЭксаБайт) = 210 ПБайт =1024 ПБайт 1 Збайт (ЗеттаБайт) = 210 ЭБайт =1024 ЭБайт 1 Йбайт (ЙоттаБайт) = 210 ЗБайт =1024 ЗБайт Целевое назначение. Информация в любой системе должна служить достижению определенной цели. Полнота информации. Информация считается полной, если ее достаточно для достижения поставленной цели. Характеризует достаточность данных для принятия решения. Бывает необходимое, избыточное и недостаточное количество информации. Достоверность информации. Определяется степенью соответствия полученной информации реальным свойствам объекта, явления. Актуальность информации — это степень соответствия информации текущему моменту времени. Полезность информации. Определяется степенью положительного влияния конкретной информации на конечную цель ее использования. Объективность информации характеризует её независимость от чьего-либо мнения или сознания, а также от методов получения. Долговечность информации. Определяется степенью эффективности информации по окончании определенного времени. Ценность информации. Определяется степенью сложности получения информации об объекте, явлении. Ценность информации часто определяется также своевременностью ее передачи, степенью влияния принятого на ее основе решения, важностью самого решения. 3. Кодирование информации. Принципы представления в компьютере текстовой, графической, аудио- и видеоинформации. Для осуществления информационных процессов (для передачи, получения, хранения и обработки информации) её необходимо преобразовывать (кодировать). Когда мы что-то говорим, то передаем информацию с помощью определенных звуков (например, звуком «стол» обозначаем предмет «стол»). Когда мы что-то пишем, на самом деле кодируем информацию с помощью специальных символов (букв). Кодирование — это преобразование информации в соответствии с некоторыми методами и правилами. Представление в компьютере текстовой информации Исторически сложилось так, что в первые ЭВМ вводили для обработки только алфавитно-цифровую информацию (буквы, цифры, знаки пунктуации, некоторые управляющие символы). В силу недостаточно высокого уровня развития вычислительной техники еще не было речи о том, чтобы вводить в компьютер, например, видео- или аудиосигналы. При кодировании всех этих алфавитно-цифровых символов двоичными цифрами (такой код называется двоичным), каждый символ получает в соответствие (нумеруется) определенное двоичное число (комбинацию нулей и единиц). Для работы с ЭВМ необходимо закодировать около 200 разных символов: 26 строчных + 26 прописных латинских букв + 10 цифр + строчные и прописные буквы какого-нибудь отечественного алфавита (например, русского: 33+33) + знаки пунктуации и некоторые специальные символы + управляющие символы. Подсчитаем теперь, какое должно быть минимальное количество разрядов двоичного числа для кодирования 200 символов. Так, с помощью одного разряда можно закодировать 2 разных символа, например:
С помощью двух разрядов - 4 символа, например:
С помощью трех разрядов - 8 символов и т.д. Таким образом, добавление нового двоичного разряда позволяет вдвое увеличить количество кодируемых символов (кодовых комбинаций). Иначе говоря, при использовании i разрядов можно закодировать 2i символов. Семь разрядов позволяют закодировать 27=128 символов, которых явно недостаточно (нужно закодировать около 200 символов). Восемью разрядами кодируется 28=256 символов. Этого вполне достаточно для кодирования минимального набора символов, позволяющих вести диалог с компьютером. Таким образом, восемь — это наименьшим число бит, которое используется для хранения, обработки и передачи какого-либо алфавитно-цифрового символа в компьютере, получило название Байт. Присвоение символу определенного числового кода — это вопрос соглашения. Как международный стандарт в 1963г. в США была разработана и кодовая таблица ASCII (American Standard Code for Information Interchange), кодирующая первую половину символов с числовыми кодами от 0 до 127. Первые 32 кода (от 0 до 31) называются управляющими кодами и используются для управления компьютером. Коды с 32 до 127 ‑ это буквы латинского алфавита, цифры, разделительные знаки, скобки и некоторые другие символы. Со временем кодировка была расширена до 256 символов (28=256); коды первых 128 символов не изменились. ASCII стала восприниматься как половина 8-битной кодировки, а «расширенной ASCII» называли ASCII с задействованным 8-м битом (например, КОИ-8). Остальные 128 кодов, начиная со 128 (двоичный код 10000000) и заканчивая 255 (11111111), используются для кодирования букв национальных алфавитов, символов псевдографики и научных символов (расширенные ASCII-Коды). В настоящее время существует несколько разных кодировок кириллицы (КОИ 8-Р, Windows, MS-DOS, Macintosh, ISO), что вызывает дополнительные трудности при работе с русскоязычными документами, потому что код одного и того же символа не совпадает в разных кодировках. Использование множества 8-битных кодировок выявило несколько проблем: проблемы неправильной раскодировки, проблемы ограниченности набора символов, проблемы преобразования одной кодировки в другую, проблемы дублирования шрифтов. Unicode — стандарт кодирования символов, предложен в 1991 году, включает знаки почти всех письменных языков мира: буквы различных национальных алфавитов, китайские иероглифы, математические символы, символы музыкальной нотной нотации и т.д. В настоящее время стандарт является преобладающим в Интернете. Первая версия Юникода представляла собой кодировку с фиксированным размером символа в 16 бит (2 Байта), общее число кодов было: 216 = 256  256 = 65 536.В информатике, кроме двоичных чисел, широко используются шестнадцатеричные числа для сокращенной записи двоичных чисел. Шестнадцатеричные числа легко перевести в двоичные и, наоборот, с помощью простой таблицы, в которой все цифры шестнадцатеричной системы от 0 до F (1510) представлены в виде двоичных тетрад (четверок). Представление в компьютере графической информации С 80-х годов прошлого века интенсивно развивается технология обработки на компьютере графической информации. Графические изображения, которые хранятся в аналоговой (непрерывной) форме на бумаге, фото- и кинопленке, могут быть преобразованы (закодированы) в цифровой компьютерный формат путем пространственной дискретизации. Это реализуется путем сканирования, результатом которого является растровое изображение. Растровое изображение составляется из отдельных точек (пикселей - англ. pixel образовано от словосочетания picture element, что означает элемент изображения). Каждой точке присваивается значение ее цвета (код цвета). Качество растрового изображения определяется его разрешающей способностью и используемой палитрой цветов (глубиной цвета). Разрешающая способность ‑ количество точек, на которое делится изображение. Разрешающую способность обычно выражают либо общим количеством точек, составляющих изображение, либо произведением количества точек по горизонтали на количество точек по вертикали, например, 800х600, что в конечном итоге дает общее количество точек в изображении. Глубина цвета ‑ количество бит, которое выделяется для кодирования всех цветов палитры (см. Табл. №1.1 и см. Рис. 1.1). Соответствие между глубиной цвета и количеством возможных цветов.
Определить количество бит информации, необходимое для хранения цвета одной точки-пикселя (глубину цвета i) для каждой палитры цветов (N - количество отображаемых цветов), можно по формуле: N=2i.  Рис. 1.1. Графические режимы.Исходя из вышесказанного, можно легко подсчитать объем необходимой видеопамяти для хранения изображения, если известны разрешающая способность и глубина цвета. Для этого нужно умножить количество точек по горизонтали на количество точек по вертикали и на глубину цвета (в Байтах). Представление в компьютере видеоинформации Современные компьютеры обрабатывают и выводят на экран «живое видео». Видеоизображение формируется из отдельных кадров (картинок), которые меняют друг друга с определенной частотой. Если умножить размер одной картинки на частоту кадров в секунду (например, 25 Герц), то получим размер несжатого видеофайла длительностью в 1 секунду. При работе с видеоданными, в частности при конвертировании видеофайлов (конвертирование файлов — это преобразование файлов из одного формата в другой), бывает необходимо управлять такими параметрами как битрейт и фреймрейт. Битрейт — это объем информации, которая передается или обрабатывается за одну секунду. Применительно к видео (аудио) файлам, битрейт ‑ это количество бит или байт, которое расходуется на одну секунду записи. Обычно битрейты измеряются в килобитах в секунду (Кб/с или Kbps) и в мегабитах в секунду (Мб/с или Mbps). Фреймрейт — обозначение количества кадров видеофайла в секунду. Единицей измерения фреймрейта служит количество кадров в секунду ‑ fps (frames per second). Отношение Битрейт/Фреймрейт дает объем одного видеокадра. Представление в компьютере аудио информации С начала 90-х гг. персональные компьютеры получили возможность работать с аудио информацией. Каждый компьютер, который имеет аудио плату, микрофон и колонки, может записывать, сохранять и воспроизводить звуковую информацию. С помощью специальных программных средств (редакторов аудиофайлов) открываются широкие возможности по созданию, редактированию и прослушиванию звуковых файлов. Создаются программы распознавания речи, появляется возможность управления компьютером с помощью голоса. Звуковая волна — это непрерывная волна с переменной амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче, чем больше частота сигнала, тем выше тон.  Рис. 1.2. Представление звуковой волны во времени. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный (аналоговый) звуковой сигнал должен быть преобразован в дискретную последовательность импульсов (оцифрован). Звуковая волна делится на отдельные маленькие временные интервалы и для каждого интервала устанавливается определенная величина амплитуды. Каждому интервалу присваивается определенное число (величина амплитуды). Этот процесс называется дискретизацией во времени. Естественно, чем меньше «размер» интервала, тем выше качество звукозаписи. Современные звуковые карты могут обеспечить 16-24 битную глубину кодирования. Глубина кодирования звука — это количество бит, которое нужно для кодирования всех дискретных уровней громкости цифрового звука. Частота дискретизации звука — это количество измерений громкости звука за одну секунду Качество двоичного кодирования звука определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации. Контрольные вопросы по теме Формы, свойства и характеристики информации, ее роль в современном обществе. Роль информационных технологий в юриспруденции. Сферы применения компьютеров в юриспруденции. Информационное обеспечение управленческой деятельности. Что изучает предмет «Информационно-коммуникационные технологии»? Функции и задачи информатики. Информация, ее формы, виды и характеристики. Информационный процесс. Единицы, в которых измеряется объем информации. Связь между ними. Системы счисления, получившие распространение в цифровой технике. Назначение и особенности. Что такое кодирование? Принципы кодирования в компьютере текстовой информации. Виды кодировок. Принципы кодирования в компьютере графической информации. Понятия «разрешающая способность» и «глубина цвета». Принципы кодирования в компьютере видеоинформации. Понятия «битрейт» и «фреймрейт». Принципы кодирования в компьютере аудиоинформации. Понятия «частота дискретизации звука» и «глубина кодирования звука». Кодирование информации двоичным кодом. Проблемы совместимости различных кодировок. Рекомендуемая литература В. Литвинов. Информационные технологии в юридической деятельности: Учебное пособие. Стандарт третьего поколения. — СПб.: Питер, 2013. — 320 с.: ил. Симонович С.В. Информатика. Базовый курс Учебник для вузов. — 3-е изд. Стандарт третьего поколения. — СПб.: Питер, 2011. — 640 с. Информационные технологии в юридической деятельности: учебное пособие / сост. И. П. Хвостова, А. А. Плетухина. – Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2015. – 222 с. Макарова Н. В., Волков В. Б. Информатика: Учебник для вузов. — СПб.: Питер, 2011. — 576 с.: ил. |