Учебник для спо 4е издание, переработанное и дополненное
 Скачать 0.65 Mb.
|
|
Раздел I АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ Глава 1 ИНФОРМАЦИЯ И КОДИРОВАНИЕ После изучения главы 1 студент должен: знать • подходы к определениям информации; • разграничение и взаимосвязь понятий сигнал, данные, инфор- мация, знание; • понятие и виды систем счисления; • единицы измерения объема информации; • виды информации по способу представления; • принципы оцифровки (кодировки) различных данных в дво- ичной системе счисления; уметь • выполнять преобразование из десятичной системы счисле- ния в двоичную и обратно; • выполнять преобразование единиц измерения информации; владеть • навыками применения таблиц кодировки символов; • навыками перевода чисел из одной системы счисления в дру- гую и арифметических операций с ними с помощью программы Калькулятор. 1.1. Информация Термин «информация» (лат. informatio) означает изло- жение, разъяснение, осведомление. Первоначально — сведе- ния, передаваемые людьми устным, письменным или другим способом с помощью условных сигналов, технических средств и т.д. Особенность этого термина состоит в том, что он инту- итивно понятен каждому человеку, однако общепризнанной строгой научной трактовки до сих пор не имеет. Информация наполняет жизнь человека, общества и го- сударства, без нее немыслимы образование и наука, произ- водство и торговля, управление, государственная служба и оборона, невозможна финансовая и правоохранительная деятельность. Глава 1 ИНФОРМАЦИЯ И КОДИРОВАНИЕ После изучения главы 1 студент должен: знать • подходы к определениям информации; • разграничение и взаимосвязь понятий сигнал, данные, инфор- мация, знание; • понятие и виды систем счисления; • единицы измерения объема информации; • виды информации по способу представления; • принципы оцифровки (кодировки) различных данных в дво- ичной системе счисления; уметь • выполнять преобразование из десятичной системы счисле- ния в двоичную и обратно; • выполнять преобразование единиц измерения информации; владеть • навыками применения таблиц кодировки символов; • навыками перевода чисел из одной системы счисления в дру- гую и арифметических операций с ними с помощью программы Калькулятор. 1.1. Информация Термин «информация» (лат. informatio) означает изло- жение, разъяснение, осведомление. Первоначально — сведе- ния, передаваемые людьми устным, письменным или другим способом с помощью условных сигналов, технических средств и т.д. Особенность этого термина состоит в том, что он инту- итивно понятен каждому человеку, однако общепризнанной строгой научной трактовки до сих пор не имеет. Информация наполняет жизнь человека, общества и го- сударства, без нее немыслимы образование и наука, произ- водство и торговля, управление, государственная служба и оборона, невозможна финансовая и правоохранительная деятельность. Понятие информации. Процесс взаимодействия матери- альных тел и полей сопровождается образованием сигналов, имеющих материальную основу. Так, свет солнца вызывает явление фотосинтеза в растениях, изменение магнитного поля регистрируется на магнитном диске, изменение элект- рического поля — в полупроводнике флеш�карты. Мы жи- вем в окружении сигналов, которые воспринимаем органа- ми чувств, т.е. тоже регистрируем их. Явление изменения свойств физических тел при взаимодействии с сигналами называется регистрацией сигналов. Такие изменения мож- но наблюдать, измерять или фиксировать разными способа- ми. В результате возникают и регистрируются новые сигна- лы — данные. Таким образом, данные — это зарегистрированные сигна- лы. Данные несут в себе информацию о событиях, произошед- ших в материальном мире, так как являются регистрацией сигналов, возникших в результате этих событий, но они не тождественны информации. Для того чтобы данные стали ин- формацией, к ним необходимо применить соответствующие методы воспроизведения и обработки. Например, при чте- нии обычного текста, чтобы воспринять его как информа- цию, целесообразно использовать несколько методов: • зрительный метод, чтобы увидеть текст; • метод светового освещения, чтобы рассмотреть текст; • языковый метод для прочтения текста; • понятийный метод, чтобы понять текст. Только в случае применения этих методов данные, запи- санные в виде текста в книге, становятся информацией. Разу- меется, если книгу не читать, а ощупывать, то возникает уже другая информация. В этих случаях важно, чтобы метод был известен по контексту, т.е. данные, составляющие информа- цию, имели свойства, однозначно определяющие адекватный (соответствующий) метод получения этой информации. Таким образом, данные становятся информацией, если к ним применяют адекватные методы воспроизведения и обработки. Поэтому информацию можно рассматривать как некий продукт взаимодействия данных и примененных к ним адекватных методов воспроизведения и обработки. Различают естественные и технические методы воспро- изведения данных. Естественные методы присущи всем жи- вым существам, и к ним относятся все методы, основанные на органах чувств: зрение, слух, осязание, обоняние, вкус. В результате анализа сигналов, полученных органами чувств, 1.1. Информация 13 происходит их отображение и формирование некоторого образа, который и служит для человека информацией. К ес- тественным методам относятся также методы, основанные на логическом мышлении, оперирующем данными, не суще- ствующими в природе, например понятиями точки, прямой, интеграла, производной и т.д. Методами логического мышле- ния являются сравнение, воображение, анализ, прогнозирова- ние и др. В технических методах воспроизведения и обработ- ки данных выделяют аппаратные и программные методы. Аппаратные методы основаны на функционировании раз- личных устройств, таких как телефон, магнитофон, микро- скоп, рентгеновский аппарат, телевизор и др. Программные методы широко используются в компьютерной технике. К определению информации существуют различные под- ходы, зависящие от конкретной отрасли науки, области при- менения, авторов. Как правило, определения информации связаны с такими понятиями, как сигнал, знак, отображе- ние, знание, коммуникация, психический раздражитель (стимул к размышлению). Один из подходов рассматривает информацию как любое сообщение отправителя получателю (о событии, состоянии или передача команды), состоящее из сигналов и структу- ры. Сигнал — меняющаяся физическая величина, процесс изменения которой происходит в соответствии со структу- рой передаваемых данных. Информация, передаваемая со- общением, должна обладать точностью; шум и помехи ме- шают потоку информации, вызывают непонимание. Пути и процессы, обеспечивающие передачу сообщения от источ- ника информации к ее потребителю, называют информаци- онными коммуникациями. В ином подходе информация представляется как нечто отображенное — отображение, представление объекта, субъекта или процесса, которое воспринимается, осмысли- вается другим объектом или субъектом. В данном случае не предполагается точность или непосредственная связь сто- рон, но различается объект и его отображение и должен быть кто-то, способный понять, оценить, осмыслить отношение объекта и отображения (экономические или правовые статис- тические данные отображают состояние экономики и обще- ства). К этой категории относятся также знаки и символы, карты, схемы, диаграммы, отображающие в графическом виде ландшафт, организацию, данные таблицы. Представле- ние объекта трансформируется в образ, последний и есть ин- Глава 1. Информация и кодирование 14 происходит их отображение и формирование некоторого образа, который и служит для человека информацией. К ес- тественным методам относятся также методы, основанные на логическом мышлении, оперирующем данными, не суще- ствующими в природе, например понятиями точки, прямой, интеграла, производной и т.д. Методами логического мышле- ния являются сравнение, воображение, анализ, прогнозирова- ние и др. В технических методах воспроизведения и обработ- ки данных выделяют аппаратные и программные методы. Аппаратные методы основаны на функционировании раз- личных устройств, таких как телефон, магнитофон, микро- скоп, рентгеновский аппарат, телевизор и др. Программные методы широко используются в компьютерной технике. К определению информации существуют различные под- ходы, зависящие от конкретной отрасли науки, области при- менения, авторов. Как правило, определения информации связаны с такими понятиями, как сигнал, знак, отображе- ние, знание, коммуникация, психический раздражитель (стимул к размышлению). Один из подходов рассматривает информацию как любое сообщение отправителя получателю (о событии, состоянии или передача команды), состоящее из сигналов и структу- ры. Сигнал — меняющаяся физическая величина, процесс изменения которой происходит в соответствии со структу- рой передаваемых данных. Информация, передаваемая со- общением, должна обладать точностью; шум и помехи ме- шают потоку информации, вызывают непонимание. Пути и процессы, обеспечивающие передачу сообщения от источ- ника информации к ее потребителю, называют информаци- онными коммуникациями. В ином подходе информация представляется как нечто отображенное — отображение, представление объекта, субъекта или процесса, которое воспринимается, осмысли- вается другим объектом или субъектом. В данном случае не предполагается точность или непосредственная связь сто- рон, но различается объект и его отображение и должен быть кто-то, способный понять, оценить, осмыслить отношение объекта и отображения (экономические или правовые статис- тические данные отображают состояние экономики и обще- ства). К этой категории относятся также знаки и символы, карты, схемы, диаграммы, отображающие в графическом виде ландшафт, организацию, данные таблицы. Представле- ние объекта трансформируется в образ, последний и есть ин- Глава 1. Информация и кодирование 14 формация. Такая информация не обязательно создается и по- сылается по каналам связи каким-либо «отправителем»: есть субъект, выполняющий наблюдение, осмысление, создающий образ, интерпретацию, трактовку, получающий ощущение. Другие рассматривают информацию как влияние, приводя- щее к преобразованию. Информация, содержащаяся в некото- рых образах, влияет на формирование или преобразование других объектов без осмысления. Например, последователь- ность нуклеотидов ДНК образует генетический код, кото- рый влияет на формирование и развитие организма без осо- знанного понимания. В широком смысле информация — общенаучное поня- тие, включающее в себя обмен сведениями между людьми, обмен сигналами между живой и неживой природой, людь- ми и устройствами. В определениях информации взаимно переплетены три понятия: информация, данные и сообще- ние (сигнал), что можно суммировать в следующем виде. Информация 1 — сведения об объектах и явлениях окружа- ющей среды, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний и предоставляются получателю либо оцениваются им с целью выполнения дей- ствий, осмысления значения на основе обработки и анализа данных. Данные — сведения, полученные путем измерения, на- блюдения, вычисления; представленные в форме, пригодной для постоянного хранения, передачи, обработки. Могут суще- ствовать в различной форме: число и текст на бумаге, фото- графии и видеозаписи, факты и образы в памяти человека. С позиций информационных технологий данные — ин- формация, представленная в формализованном виде (циф- ровая последовательность), пригодном для автоматизиро- ванной обработки средствами вычислительной техники. Исходные аналоговые данные от их источника подвергают- ся цифровому отображению. Для работы компьютера исполь- зуется особый вид данных и информации — программы, со- держащие данные в виде команд обработки других данных. В какой-то степени определение данных не отождеств- ляет их с понятием «информация», рассматривает как мате- —————————— 1 См. также Федеральный закон № 149-ФЗ «Об информации, инфор- мационных технологиях и о защите информации» в ред. от 2 июля 2013 г., в ст. 2 п. 1 дано следующее определение: «Информация — сведения (сооб- щения, данные) независимо от формы их представления». 15 1.1. Информация риал для обработки, передачи, интерпретации и придания значения с помощью компьютерных устройств и программ, превращения в воспринимаемую информацию. Понятие «данные» используется для того, чтобы отличать двоичную машиночитаемую информацию в процессе обработки при- кладными программами от текстовой человекочитаемой информации. Для восприятия человеком компьютерные данные следует интерпретировать аппаратными и про- граммными средствами, преобразовать в информацию. Наличие смысла (значения) отличает информацию от цифрового кода в данных. Информация — не разрозненные знаки, а отображения. На шкале осмысленности информация занимает промежуточное место между данными и знанием. Знания — проверенные общественной практикой полез- ные сведения, которые могут многократно использоваться людьми в их деятельности. Чтобы утверждения стали зна- нием, они должны быть структурированы по правилам, опре- деляемым разумностью. Знания допускают автоматизацию обработки и получения при условии, что представляют ло- гически полный ограниченный набор сведений, данных или программ для решения задачи подготовленными специали- стами. Знания человека (специалиста, эксперта в опреде- ленной предметной области) хранятся в базах знаний. Свойства информации. При работе с информацией все- гда имеются ее источник и потребитель (получатель). Для потребителя всегда очень важны свойства получаемой ин- формации. Полезная информация уменьшает степень неопре- деленности у получателя и пополняет знания. Полезность информации относительна — кому-то полезна, а кому-то бесполезна. Данные становятся полезной информацией, ес- ли поступили своевременно, представляют интерес, новиз- ну для решения практических задач. В противном случае данные бесполезны. Можно привести немало разнообразных свойств инфор- мации. С точки зрения информатики наиболее важными представляются следующие свойства: адекватность, досто- верность, полнота, актуальность и доступность, объектив- ность информации. Адекватность информации — уровень соответствия со- здаваемого с помощью информации образа реальному объ- екту, процессу, явлению. Неадекватная информация может образовываться при создании новой информации на основе неполных или недостоверных данных. Неправильная ин- Глава 1. Информация и кодирование 16 риал для обработки, передачи, интерпретации и придания значения с помощью компьютерных устройств и программ, превращения в воспринимаемую информацию. Понятие «данные» используется для того, чтобы отличать двоичную машиночитаемую информацию в процессе обработки при- кладными программами от текстовой человекочитаемой информации. Для восприятия человеком компьютерные данные следует интерпретировать аппаратными и про- граммными средствами, преобразовать в информацию. Наличие смысла (значения) отличает информацию от цифрового кода в данных. Информация — не разрозненные знаки, а отображения. На шкале осмысленности информация занимает промежуточное место между данными и знанием. Знания — проверенные общественной практикой полез- ные сведения, которые могут многократно использоваться людьми в их деятельности. Чтобы утверждения стали зна- нием, они должны быть структурированы по правилам, опре- деляемым разумностью. Знания допускают автоматизацию обработки и получения при условии, что представляют ло- гически полный ограниченный набор сведений, данных или программ для решения задачи подготовленными специали- стами. Знания человека (специалиста, эксперта в опреде- ленной предметной области) хранятся в базах знаний. Свойства информации. При работе с информацией все- гда имеются ее источник и потребитель (получатель). Для потребителя всегда очень важны свойства получаемой ин- формации. Полезная информация уменьшает степень неопре- деленности у получателя и пополняет знания. Полезность информации относительна — кому-то полезна, а кому-то бесполезна. Данные становятся полезной информацией, ес- ли поступили своевременно, представляют интерес, новиз- ну для решения практических задач. В противном случае данные бесполезны. Можно привести немало разнообразных свойств инфор- мации. С точки зрения информатики наиболее важными представляются следующие свойства: адекватность, досто- верность, полнота, актуальность и доступность, объектив- ность информации. Адекватность информации — уровень соответствия со- здаваемого с помощью информации образа реальному объ- екту, процессу, явлению. Неадекватная информация может образовываться при создании новой информации на основе неполных или недостоверных данных. Неправильная ин- Глава 1. Информация и кодирование 16 формация — следствие предоставления неверных или иска- женных сведений, ошибочной передачи, неправильно обра- ботанных или ошибочных данных об объекте, событии или процессе. Однако и полные, и достоверные данные могут приводить к созданию неадекватной информации в случае применения к ним неадекватных методов. В реальной жиз- ни человек вряд ли может рассчитывать на полную адекват- ность информации, так как всегда присутствует некоторая степень неопределенности. От степени адекватности ин- формации реальному состоянию объекта или процесса за- висит правильность принятия человеком решений. Адекватность информации может выражаться в трех формах: синтаксической, семантической и прагматической. Синтаксическая форма отражает формально-структурные характеристики и не затрагивает смысловое содержание ин- формации. На синтаксическом уровне учитывается способ представления информации, скорость передачи информа- ции и обработки, размеры кода представления информа- ции. Рассматриваемую с этой синтаксической стороны ин- формацию называют данными, так как при этом не имеет значения ее смысловая сторона. Семантическая форма отражает смысловое содержание информации. На этом уровне анализируются сведения, предо- ставляемые информацией, рассматриваются ее смысловые связи. Прагматический аспект отражает потребительскую сторону информации, ее соответствие цели управления, ко- торая на основе этой информации реализуется. Он связан с ценностью, полезностью использования информации при выработке потребителем решения для достижения своей цели. С этой точки зрения анализируются потребительские свойства информации. Достоверность информации — свойство отражать реаль- но существующие объекты с необходимой точностью. Дан- ные возникают в момент регистрации сигналов, но не все сигналы являются «полезными» — всегда присутствует ка- кой-то уровень посторонних сигналов, в результате чего по- лезные данные сопровождаются определенным уровнем «информационного шума». Информационный шум (инфор- мационный мусор) — данные и сведения, не несущие полез- ной информации, увеличивающие временны ´е и прочие из- держки пользователя при извлечении и обработке информации. Если полезный сигнал зарегистрирован более четко, чем посторонние сигналы, достоверность информа- 17 1.1. Информация ции может быть более высокой. При увеличении уровня шумов достоверность информации снижается. В этом слу- чае для передачи того же количества информации требует- ся использовать либо больше данных, либо более сложные методы. Полнота информации характеризует качество информа- ции и определяет достаточность данных для принятия ре- шений или для создания новых данных на основе имею- щихся. Неточная информация — недостаточные, неточные, неполные сведения об объекте, событии или процессе. Мо- жет использоваться для поиска решения задачи, но увели- чивает вероятность неправильных выводов и поэтому тре- бует уточнения, обновления данных. Чем полнее данные, тем шире диапазон методов, кото- рые можно использовать, тем проще подобрать метод, вно- сящий минимум погрешностей в ход информационного процесса. Актуальность информации — степень соответствия ин- формации текущему моменту времени. Достоверная и адек- ватная, но устаревшая информация может приводить к ошибочным решениям. Необходимость поиска (или раз- работки) адекватного метода для работы с данными способ- на приводить к такой задержке в получении информации, что она становится неактуальной и ненужной. Доступность информации — мера возможности полу- чить ту или иную информацию. На степень доступности ин- формации влияют одновременно как доступность данных, так и доступность адекватных методов для их интерпретации. Отсутствие доступа к данным или отсутствие адекватных методов обработки данных приводят к одинаковому резуль- тату: информация оказывается недоступной. Отсутствие адекватных методов для работы с данными во многих слу- чаях приводит к применению неадекватных методов, в ре- зультате чего образуется неполная, неадекватная или недо- стоверная информация. Объективность и субъективность информации. Поня- тие объективности информации является относительным. Более объективной принято считать ту информацию, в ко- торую методы вносят меньший субъективный элемент. Так, в результате наблюдения фотоснимка природного объекта или явления образуется более объективная информация, чем в результате наблюдения рисунка того же объекта, вы- полненного человеком. |