ВВЕДЕНИЕ В ИНФОРМАТИКУ

1. Информация. Виды и свойства. Единицы измерения. Представление информации в ЭВМ.

2. Представление информации в ЭВМ:

ü основы кодирования информации,

ü системы счисления (десятичная, двоичная, восьмеричная, шестнадцатеричная),

ü перевод из одной системы счисления в другую.

3. Информационные процессы.

Краткие теоретические сведения и требования к знаниям и умениям:

Информатика – это научная дисциплина, изучающая структуру и общие свойства информации, а также закономерности и методы ее создания, хранения, поиска, преобразования, передачи и использования в различных сферах человеческой деятельности (производство, управление, бизнес, наука, образование, медицина, и др.). Генетически информатика связана с вычислительной техникой, компьютерными системами и сетями, так как именно компьютеры позволяют порождать, хранить и автоматически перерабатывать информацию в таких количествах, что научный подход к информационным процессам становится одновременно необходимым и возможным.

До настоящего времени толкование термина “информатика” (в том смысле как он используется в современной научной и методической литературе) еще не является установившимся и общепринятым.

Главная функция информатики:заключается в разработке методов и средств преобразования информации и их использовании в организации технологического процесса переработки информации.

Предмет изучения – информация и информационные процессы.

Информационные процессы – процессы передачи, накопления и переработки информации.

Задачи информатики:

ü исследование информационных процессов любой природы;

ü разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации на базе полученных результатов исследования информационных процессов;

ü решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.

После второй мировой войны возникла и начала бурно развиваться кибернетика как наука об общих закономерностях в управлении и связи в различных системах: искусственных, биологических, социальных. Рождение кибернетики принято связывать с опубликованием в 1948 г. американским математиком Норбертом Винером, ставшей знаменитой, книги “Кибернетика или управление и связь в животном и машине”. В этой работе были показаны пути создания общей теории управления и заложены основы методов рассмотрения проблем управления и связи для различных систем с единой точки зрения. Развиваясь одновременно с развитием электронно-вычислительных машин, кибернетика со временем превращалась в более общую науку о преобразовании информации. Кибернетика – это наука об общих принципах управления в различных системах: технических, биологических, социальных и др.

Подойдем сейчас к этому вопросу с терминологической точки зрения. Вскоре вслед за появлением термина “кибернетика” в мировой науке стало использоваться англоязычное “Computer Science”, а чуть позже, на рубеже шестидесятых и семидесятых годов, французы ввели получивший сейчас широкое распространение термин “Informatique”. В русском языке раннее употребление термина “информатика” связано с узкоконкретной областью изучения структуры и общих свойств научной информации, передаваемой посредством научной литературы. Эта информационно-аналитическая деятельность, совершенно необходимая и сегодня в библиотечном деле, книгоиздании и т.д., уже давно не отражает современного понимания информатики. Как отмечал академик А.П.Ершов, в современных условиях термин информатика “вводится в русский язык в новом и куда более широком значении – как название фундаментальной естественной науки, изучающей процессы передачи и обработки информации. При таком толковании информатика оказывается более непосредственно связанной с философскими и общенаучными категориями, проясняется и ее место в кругу “традиционных” академических научных дисциплин”.

Информатика – отнюдь не только “чистая наука”. У нее, безусловно, имеется научное ядро, но важная особенность информатики – широчайшие приложения, охватывающие почти все виды человеческой деятельности: производство, управление, науку, образование, проектные разработки, торговлю, финансовую сферу, медицину, криминалистику, охрану окружающей среды и др. И, может быть, главное из них – совершенствование социального управления на основе новых информационных технологий.

Технология – процесс, использующий совокупность приемов, способов, методов для получения требуемого материального продукта.

Объектом приложений информатики являются самые различные науки и области практической деятельности, для которых она стала непрерывным источником самых современных технологий, называемых часто “новые информационные технологии” (НИТ). Многообразные информационные технологии, функционирующие в разных видах человеческой деятельности (управлении производственным процессом, проектировании, финансовых операциях, образовании и т.п.), имея общие черты, в то же время существенно различаются между собой.

Информационная технология – процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи информации.

Цель технологии – производство, преобразование информации для ее анализа человеком и принятия на ее основе решения.

Компьютерные технологии (новые информационные технологии) – информационные технологии на базе компьютерной обработки данных.

В соответствии с современным пониманием, информатика включает в себя четыре части:

1. Теоретическая информатика (философские основы информатики, теория информации, математические основы информатики, информационное моделирование, теорию алгоритмов и др.).

2. Средства информатизации (программные и технические: персональные компьютеры, устройства ввода/вывода, накопители, сети ЭВМ, телекоммуникационные системы передачи аудио, видео и мультимедийной информации, операционные системы и среды, утилиты, языки программирования, текстовые и графические редакторы, табличные процессоры, издательские системы, средства моделирования объектов и др.).

3. Информационные технологии (ввода/вывода, сбора, хранения, передачи и обработки данных, подготовки текстовых и графических документов, программирования, моделирования, обучения и др.).

4. Социальная информатика (информационные ресурсы общества, информационное общество, информационная культура, информационная безопасность).

Понятие информации столь же важно для описания картины окружающего мира, как понятия вещества и энергии. Термин «информация» является первичным и имеет множество определений.

В узком смысле информация – это любые сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования. В информатике эти сведения называются данными, так как предполагается их представление в ЭВМ для дальнейшего использования или обработки. Информация – совокупность сведений, сообщаемых о каком-либо явлении или предмете, их параметрах, свойствах, состоянии, которая уменьшает имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.

Виды информации классифицируют:

1. по способу восприятия (используя органы чувств человека):

ü визуальная (зрительная)

ü аудиальная (звуковая)

ü обонятельная

ü вкусовая

ü тактильная (осязательная)

2. по форме представления:

ü текстовая

ü числовая

ü графическая

ü музыкальная

ü комбинированная

3. по общественному значению:

ü массовая (обыденная, общественно-политическая, эстетическая)

ü специальная (научная, техническая, управленческая)

ü личная (знания, умения, интуиция)

Свойства информации:

ü Достоверность

ü Точность

ü Полнота (достаточность)

ü Актуальность (ценность)

ü Своевременность

ü Устойчивость

При решении вычислительных задач данными являются числа. В ЭВМ представляется, хранится, обрабатывается также нечисловая информация: тексты, схемы, чертежи, рисунки, фотографии, списки, таблицы.

Студент должен понимать смысл и значение информационной точки зрения на мир, уметь охарактеризовать понятия «информатика», «информация», привести примеры, подтверждающие знания об источниках, видах и свойствах информации, указать роль информации в современном обществе.

Информация передается в виде сообщений, определяющих форму и представление передаваемой информации. Примерами сообщений являются музыкальное произведение; телепередача; команды регулировщика на перекрестке; текст, распечатанный на принтере; данные, полученные в результате работы составленной вами программы и т.д. При этом предполагается, что имеются «источник информации» и «получатель информации».

Сообщение от источника к получателю передается посредством какой-нибудь среды, являющейся в таком случае «каналом связи» (рис. 1). Так, при передаче речевого сообщения в качестве такого канала связи можно рассматривать воздух, в котором распространяются звуковые волны, а в случае передачи письменного сообщения (например, текста, распечатанного на принтере) каналом сообщения можно считать лист бумаги, на котором напечатан текст.

Студент должен уметь приводить примеры передачи, хранения и обработки информации в деятельности человека, живой природе, обществе и технике.

Использование терминов «больше информации» или «меньше информации» подразумевает некую возможность ее измерения (или хотя бы количественного соотнесения). При субъективном восприятии измерение информации возможно лишь в виде установления некоторой порядковой шкалы для оценки «больше» - «меньше», да и то субъективной, поскольку на свете немало людей, для которых, например, оба сообщения, использованных выше в качестве примера, вообще не несут никакой информации. Такое становится невозможным при введении объективных характеристик, из которых для информации важнейшей является количество. Однако, при объективном измерении количества информации следует заведомо отрешиться от восприятия ее с точки зрения субъективных свойств, примеры которых перечислены выше. Более того, не исключено, что не всякая информация будет иметь объективно измеряемое количество – все зависит от того, как будут введены единицы измерения. Не исключено и то, что при разных способах введения единиц измерения информация, содержащаяся в двух допускающих измерение сообщениях, будет по разному соотноситься.

Количество информации, извлекаемой из некоторого сообщения, существенно зависит от уровня понимания информации и субъективно оцениваемой полезности. Технические проблемы развития разнообразных средств связи потребовали ввести количественную меру информации, независимую от субъективного восприятия человеком. Единицей количества информации является один бит, т.е. двоичный разряд, который может принимать значение 0 или 1. Восемь последовательных битов называют байтом.

Чтобы сообщение было передано от источника к получателю, необходима некоторая материальная субстанция – носитель информации. Сообщение, передаваемое с помощью носителя, назовем сигналом. В общем случаесигнал – это изменяющийся во времени физический процесс. Такой процесс может содержать различные характеристики (например, при передаче электрических сигналов могут изменяться напряжение и сила тока). Та из характеристик, которая используется для представления сообщений, называется параметромсигнала.

В случае когда параметр сигнала принимает последовательное во времени конечное число значений (при этом все они могут быть пронумерованы), сигнал называетсядискретным, а сообщение, передаваемое с помощью таких сигналов - дискретным сообщением. Информация, передаваемая источником, в этом случае также называется дискретной. Если же источник вырабатывает непрерывное сообщение (соответственно параметр сигнала – непрерывная функция от времени), соответствующая информация называется непрерывной. Пример дискретного сообщения – процесс чтения книги, информация в которой представлена текстом, т.е. дискретной последовательностью отдельных значков (букв). Примером непрерывного сообщения служит человеческая речь, передаваемая модулированной звуковой волной; параметром сигнала в этом случае является давление, создаваемое этой волной в точке нахождения приемника – человеческого уха.

Для представления информации в ЭВМ распространение получило двоичное кодирование. Все вводимые символы представляются двоичным алфавитом, состоящим из нулей и единиц. Двоичный алфавит является минимальным. Чтобы закодировать алфавит, в который входит большое число символов, каждый символ заменяют несколькими двоичными знаками – кодовыми комбинациями.

Существует стандартный код обмена информации ASCII (American Standard Code for Information Interchange, пример символ «пробел» кодируется: 00100000, буква N: 01001110), используемый в ПЭВМ для ввода – вывода.Он положен в основу государственного стандарта. Число символов, составляющих кодовую комбинацию, называют длиной кода (n). При данной кодировке n=8 и число кодовых комбинаций составляет 2⁸=256.

Существует несколько различных кодировок кириллицы (КОИ-8, Windows, MS DOS), что вызывает дополнительные трудности при работе с русскоязычными документами. В конце 90-х гг. появился международный стандарт Unicode, который использует два байта для размещения кода символа, и поэтому с его помощью можно закодировать 65 536 различных символов.

Студент должен иметь представление о «машинных» системах счисления, понимать, что электронно-вычислительная машина любого типа оперирует как кодами, так и числами, представленными в некоторой системе счисления.

Система счисления–это способ изображения чисел и соответствующие ему правила действия над числами. Для представления чисел используются позиционные и непозиционные системы счисления. В непозиционных системах счисления количественный эквивалент каждой цифры не зависит от ее положения (места, позиции) в записи числа. В позиционных системах счисления количественный эквивалент (значение) цифры зависит от ее места (позиции) в записи числа. Основные достоинства любой позиционной системы счисления – простота выполнения арифметических операций и ограниченное количество символов (цифр), необходимых для записи любых чисел.

Каждая система счисления характеризуется основанием – количеством цифр (символов), используемых для записи чисел. Алфавит десятичной системы счисления состоит из десяти цифр от 0 до 9. При работе ЭВМ применяются двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления. Необходимо представлять отличия систем счисления друг от друга. Рекомендуется самостоятельно записать произвольные числа в различных системах счисления и на примерах ознакомиться с правилами перевода из одной системы в другую. Особое внимание обратить на двоичную систему, как основную систему, используемую для предоставления информации в ПЭВМ, для выполнения арифметических и логических операций.

Примеры перевода чисел

Правило перевода для целого числа: последовательно делим данное число и получаемые при делении целые частные на основание новой системы счисления (2,8,16) до тех пор, пока не получится частное, меньшее основания системы. Число в новой системе запишется в виде остатков деления, начиная с последнего.

Пример:

377 2 188 2 94 2 47 2 23 2 11 2

376 188 188 94 94 47 46 23 22 11 10 5

1 0 0 1 1 1

5 2 2 2

4 2 2 1

1 0

Перевод правильной дроби из одной системы счисления в другую осуществляется последовательным умножением ее на основание новой системы. Перемножаются только дробные части. Умножение выполняют до получения дробной части, равной нулю, или до получения необходимого количества разрядов после запятой. Дробь в новой системе счисления записывается в виде целых частей получающихся произведений, начиная с первого.

Для числа, содержащего целую и дробную части, необходимо отдельно выполнить перевод целой и дробной частей.

Пример:

0, 6875

1, 3750

0, 7500

1, 5000

1, 0000

Перевод из восьмеричной в двоичную систему счисления: каждую цифру восьмеричной системы нужно заменить ее двоичным представлением (соответствующей двоичной триадой).

Пример: 502₈= 101000010₂

317,403₈ = 011001111,100000011₂

Обратный перевод из двоичной в восьмеричную систему счисления: для этого в двоичной записи нужно выделить триады (влево и вправо от точки) и заменить каждую триаду восьмеричной цифрой. В случае необходимости неполные триады дополнять нулями.

Пример: 011110001₂ = 361₈

10100001,101000001011100₂ = 241,50134₈

Чтобы перевести число из шестнадцатеричной системы в двоичную нужно заменять каждую цифру двоичной тетрадой. Чтобы выполнить обратный перевод нужно двоичное число разбить на тетрады (влево и вправо от точки) и каждой тетраде поставить в соответствие шестнадцатеричную цифру.

Пример: 11110001₂ = F1₁₆

Для перевода чисел из двоичной, восьмеричной, шестнадцатеричной систем счисления в десятичную необходимо разложить число в степенной ряд и подсчитать сумму произведений степенного ряда.

Пример: