Вопросы к зачету

по курсу «Информатика»,

1-й курс, 2-й семестр, Географический факультет, 2012-13 уч.г.

Теоретическая часть

1. Информация в материальном мире. Данные. Носители данных. Операции с данными.

Мы живем в материальном мире. Все, что нас окружает и с чем мы сталкиваемся ежедневно,относитсялибокфизическимтелам,либокфизическимполям.Изкурса физики мы знаем, что состояния абсолютного покоя не существует и физические объекты находятся в состоянии непрерывного движении и изменения, которое сопровождается обменом энергией и ее переходом из одной формы в другую. 1. Динамический характер информации. Информация не является статичным объектом — она динамически меняется и существует только в момент взаимодей- ствия данных и методов. Все прочее время она пребывает в состоянии данных. Таким образом, информация существует только в момент протекания инфор- мационного процесса. Все остальное время она содержится в виде данных.

2. Требование адекватности методов. Одни и те же данные могут в момент потреб- ления поставлять разную информацию в зависимости от степени адекватности взаимодействующих с ними методов. Например, для человека, не владеющего китайским языком, письмо, полученное из Пекина, дает только ту информа- цию, которую можно получить методом наблюдения (количество страниц, цвет и сорт бумаги, наличие незнакомых символов и т. п.). Все это информация, но это не вся информация, заключенная в письме. Использование более адекватных методов даст иную информацию.

3. Диалектический характер взаимодействия данных и методов. Обратим внимание на то, что данные являются объективными, поскольку это результат регистрации объективно существовавших сигналов, вызванных изменениями в материальных телах или полях. В то же время, методы являются субъективными. В основе искусственных методов лежат алгоритмы (упорядоченные последовательности команд), составленные и подготовленные людьми (субъектами). В основе естест- венных методов лежат биологические свойства субъектов информационного процесса. Таким образом, информация возникает и существует в момент диа- лектического взаимодействия объективных данных и субъективных методов.

Все виды энергообмена сопровождаются появлением сигналов, то есть все сигналы имеют в своей основе материальную энергетическую природу.

Данные — это зарегистрированные сигналы.

Информация — это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов.

1. Динамический характер информации. Информация не является статичным объектом — она динамически меняется и существует только в момент взаимодей- ствия данных и методов. Все прочее время она пребывает в состоянии данных. Таким образом, информация существует только в момент протекания инфор- мационного процесса. Все остальное время она содержится в виде данных.

2. Требование адекватности методов. Одни и те же данные могут в момент потреб- ления поставлять разную информацию в зависимости от степени адекватности взаимодействующих с ними методов. Например, для человека, не владеющего китайским языком, письмо, полученное из Пекина, дает только ту информа- цию, которую можно получить методом наблюдения (количество страниц, цвет и сорт бумаги, наличие незнакомых символов и т. п.). Все это информация, но это не вся информация, заключенная в письме. Использование более адекватных методов даст иную информацию.

3. Диалектический характер взаимодействия данных и методов. Обратим внимание на то, что данные являются объективными, поскольку это результат регистрации объективно существовавших сигналов, вызванных изменениями в материальных телах или полях. В то же время, методы являются субъективными. В основе искусственных методов лежат алгоритмы (упорядоченные последовательности команд), составленные и подготовленные людьми (субъектами). В основе естест- венных методов лежат биологические свойства субъектов информационного процесса. Таким образом, информация возникает и существует в момент диа- лектического взаимодействия объективных данных и субъективных методов.

Данные — диалектическая составная часть информации. Они представляют собой зарегистрированные сигналы. При этом физический метод регистрации может быть любым

Самым распространенным носителем данных, хотя и не самым экономичным, по-види- мому, является бумага. Любой носитель можно характеризовать параметром разрешающей способности (количеством данных, записанных в принятой для носителя единице измерения) и динамическим диапазо- ном (логарифмическим отношением интенсивности амплитуд максимального и минимального регистрируемого сигналов). От этих свойств носителя нередко зави- сят такие свойства информации, как полнота, доступность и достоверность.

В структуре возможных операций с данными можно выделить следующие основные:

сборданных—накоплениеинформациисцельюобеспечениядостаточнойпол- ноты для принятия решений;

формализация данных — приведение данных, поступающих из разных источ- ников, к одинаковой форме, чтобы сделать их сопоставимыми между собой, то есть повысить их уровень доступности;

фильтрация данных — отсеивание «лишних» данных, в которых нет необходи- мости для принятия решений; при этом должен уменьшаться уровень «шума», а достоверность и адекватность данных должны возрастать;

сортировка данных — упорядочение данных по заданному признаку с целью удобства использования; повышает доступность информации;

архивацияданных—организацияхраненияданныхвудобнойилегкодоступной форме; служит для снижения экономических затрат по хранению данных и повышает общую надежность информационного процесса в целом;

защитаданных—комплексмер,направленныхнапредотвращениеутраты,вос- произведения и модификации данных;

транспортировкаданных—приемипередача(доставкаипоставка)данныхмежду удаленными участниками информационного процесса; при этом источник дан- ных в информатике принято называть сервером, а потребителя — клиентом;

преобразование данных — перевод данных из одной формы в другую или из одной структуры в другую. Преобразование данных часто связано с изменением типа носителя: например книги можно хранить в обычной бумажной форме, но можно использовать для этого и электронную форму, и микрофотопленку. Необходимость в многократном преобразовании данных возникает также при их транспортировке, особенно если она осуществляется средствами, не пред- назначенными для транспортировки данного вида данных. В качестве примера можно упомянуть, что для транспортировки цифровых потоков данных по каналам телефонных сетей (которые изначально были ориентированы только на пере- дачу аналоговых сигналов в узком диапазоне частот) необходимо преобразова- ние цифровых данных в некое подобие звуковых сигналов, чем и занимаются специальные устройства — телефонные модемы.

Приведенный здесь список типовых операций с данными далеко не полон.

2. Кодирование данных двоичным кодом. Кодирование целых и действительных чисел. Перевод десятичного числа в двоичную систему.

кодирования, то есть выражение данных одного типа через данные другого типа. Своя система существует и в вычислительной технике — она называется двоичным кодированием и основана на представлении данных последовательностью всего двух знаков: 0 и 1. Эти знаки называются двоичными цифрами, по английски — binary digit или, сокращенно, bit (бит).

Одним битом могут быть выражены два понятия: 0 или 1 (да или нет, черное или белое, истина или ложь и т. п.). Если количество битов увеличить до двух, то уже можно выразить четыре различных понятия:

00 01 10 11
Тремя битами можно закодировать восемь различных значений:

000 001 010 ОН 100 101 НО 111

Увеличивая на единицу количество разрядов в системе двоичного кодирования, мы увеличиваем в два раза количество значений, которое может быть выражено в данной системе, то есть общая формула имеет вид:

N=2m, где:
N — количество независимых кодируемых значений;
т — разрядность двоичного кодирования, принятая в данной системе.

Кодирование целых и действительных чисел

Целые числа кодируются двоичным кодом достаточно просто — достаточно взять целое число и делить его пополам до тех пор, пока в остатке не образуется ноль или единица. Совокупность остатков от каждого деления, записанная справа налево вместе с последним остатком, и образует двоичный аналог десятичного числа.

19:2 = 9+1 9:2=4+1 4:2=2+0 2:2=1

Таким образом, 1910= 10112 -

Для кодирования целых чисел от 0 до 255 достаточно иметь 8 разрядов двоичного кода (8 бит). Шестнадцать бит позволяют закодировать целые числа от 0 до 65535, а 24 бита — уже более 16,5 миллионов разных значений.

Для кодирования действительных чисел используют 80-разрядное кодирование. При этом число предварительно преобразуется в нормализованную форму:

3,1415926 = 0,31415926-101 300 000 = 0,3-106

123456789=0,123456789•1010

Первая часть числа называется мантиссой, а вторая — характеристикой. Большую часть из 80 бит отводят для хранения мантиссы (вместе со знаком) и некоторое фиксированное количество разрядов отводят для хранения характеристики (тоже со знаком).

Рассмотрим перевод правильной десятичной дроби в двоичную систему счисления.

Пусть А_ц - правильная десятичная дробь ,тогда его можно записать в виде:

А_др = а _-1 х 2 ^-1 + а _-2 х 2 ^-2 +...

Если А_др умножить на 2 , то в правой части получим а _-1 + а _-2 х 2 ^-1 + а_-3 х 2 ^-2 +...,

где а_-1 - целая часть, она и даст нам старший коэффициент в разложении числа А_др по степеням 2. Оставшуюся дробную часть снова умножим на 2 и получим а _-2 + а_-3 х 2 ^-1 +... , где а_-2 - второй коэффициент после запятой в двоичном представлении числа. Процесс продолжить до тех пор, пока в правой части не получим 0 или не будет достигнута требуемая точность вычислений.

Пример 3.

0,75₁₀ = 0,11₂

3. Кодирование текстовых данных. Различие кодировок ASCII, Windows-1251, КОИ-8. Универсальная кодировка текстовых данных UNICODE.

Если каждому символу алфавита сопоставить определенное целое число (например, порядковый номер), то с помощью двоичного кода можно кодировать и текстовую информацию. Восьми двоичных разрядов достаточно для кодирования 256 различных символов. Этого хватит, чтобы выразить различными комбинациями восьми битов все символы английского и русского языков, как строчные, так и прописные, а также знаки препинания, символы основных арифметических действий и некоторые обще- принятые специальные символы, например символ «§».

Для английского языка, захватившего де-факто нишу международного средства общения, противоречия уже сняты. Институт стандартизации США (ANSI — American National Standard Institute) ввел в действие систему кодирования ASCII (American Standard CodeforInformation Interchange — стандартный код информационного обмена США). В системе ASCII закреплены две таблицы кодирования — базовая и расширенная. Базовая таблица закрепляет значения кодов от 0 до 127, а расширенная относится к символам с номерами от 128 до 255.

Первые 32 кода базовой таблицы, начиная с нулевого, отданы производителям аппаратных средств (в первую очередь производителям компьютеров и печатаю- щих устройств). В этой области размещаются так называемые управляющие коды, которым не соответствуют никакие символы языков, и, соответственно, эти коды не выводятся ни на экран, ни на устройства печати, но ими можно управлять тем, как производится вывод прочих данных.

Начиная с кода 32 по код 127 размещены коды символов английского алфавита, знаков препинания, цифр, арифметических действий и некоторых вспомогательных символов.

Так, например, кодировка символов русского языка, известная как кодировка Windows-1251, была введена «извне» — компанией Microsoft, но, учитывая широкое распространение операционных систем и других продуктов этой компании в России, она глубоко закрепилась и нашла широкое распространение (таблица 1.2). Эта кодировка используется на большинстве локальных компьютеров, работающих на платформе Windows.

Другая распространенная кодировка носит название КОИ-8 (код обмена информа- цией, восьмизначный) — ее происхождение относится ко временам действия Совета Экономической Взаимопомощи государств Восточной Европы (таблица 1.3). Сего- дня кодировка КОИ-8 имеет широкое распространение в компьютерных сетях на тер- ритории России и в российском секторе Интернета.

сли, например, кодировать символы не восьмиразрядными двоичными числами, а числами с большим количеством разрядов, то и диапазон возможных значений кодов станет намного больше. Такая система, основанная на 16-разрядном кодировании символов, полу- чила название универсальной — UNICODE. Шестнадцать разрядов позволяют обес- печить уникальные коды для 65 536 различных символов — этого поля достаточно для размещения в одной таблице символов большинства языков планеты.