Информатика - это область научно-технической деятельности, занимающаяся исследованием процессов получения, передачи, обработки, хранения и представления информации, решением проблем создания, внедрения и использования информационной техники и технологии во всех сферах общественной жизни. Основная задача информатики заключается в определении общих закономерностей, в соответствии с которыми происходит создание научной информации, ее преобразование, передача и использование в различных сферах деятельности человека.
Информация — это сведения, представленные в документах и массивах информации на машинных носителях. Информация ИС отвечает на вопрос «что?», соответствует понятию предмета и средства труда. Как предмет труда информация является объектом сбора, регистрации, обработки, хранения, передачи. Как средство труда управляющая информация воздействует на проект управления.
Обмен информацией — это процесс, в ходе которого источник информации ее передает, а получатель — принимает.
Хранение информации — это процесс поддержания исходной информации в виде, обеспечивающем выдачу данных по запросам конечных пользователей в установленные сроки.
Обработка информации — это упорядоченный процесс ее преобразования в соответствии с алгоритмом решения задачи.
"Количество информации", основанные на том, что информацию, содержащуюся в сообщении, можно нестрого трактовать в смысле её новизны, или, иначе – уменьшения неопределённости наших знаний об объекте.
Качество информации:
• репрезентативность - адекватное отображение свойств объекта;
• содержательность - семантическая емкость, равная отношению количества семантической информации в сообщении к объему обрабатываемых данных;
• достаточность - содержание минимального, но достаточного для принятия правильного решения набор показателей;
• актуальность - степенью сохранения ценности информации для управления в момент ее использования;
• своевременность - поступление информации не позже назначенного момента времени, согласованного со временем решения поставленной задачи;
• точность - степень близости получаемой информации к реальному состоянию объекта;
• достоверность - свойство отражать реально существующие объекты с необходимой точностью;
• устойчивость - способность реагировать на изменения исходных данных без нарушения необходимой точности.
В качестве единицы информации принят бит (от англ. bit – binarydigit – двоичная цифра). Бит в теории информации – это количество информации, необходимой для различения двух равновероятных сообщений. Бит в вычислительной технике – наименьшая "порция" памяти, необходимая для хранения одного из двух знаков "0" или "1", используемых для внутримашинного представления данных и команд. Для хранения информации большего объёма используется байт (восемь бит) или более крупные производные единицы информации (килобайт, мегабайт, гигабайт и пр.), всегда равные степени двойки (бита).
Синтаксический уровень информации связан с внешней формой и структурой информационных сообщений. Это касается формата бланков документов, форматов значений реквизитов, структуры хранения данных на машинном носителе, протоколов обмена данными и т.п.
Семантический уровень информации определяет смысловое содержание информации. Этот уровень связан с построением технико-экономических показателей, проектированием реквизитного состава документов, разработкой логической структуры базы данных, созданием системы классификации и кодирования.
Прагматический уровень отражает ценность информации для системы управления, ее полезность для выработки управленческих решений. Информация как продукт ИС обладает набором потребительских свойств, которые превращают ее в средство труда и товар.
Можно выделить два определения информационно-поискового тезауруса:
Информационно-поисковый тезаурус представляет собой словарь, отображающий семантические отношения между лексическими единицами дескрипторного информационно-поискового языка (дескрипторами) и предназначенный для поиска слов по их смысловому содержанию. Информационно-поисковый тезаурус (ИПТ) - контролируемый словарь терминов предметной области, создаваемый для улучшения качества информационного поиска в данной предметной области.
И в том, и в другом случае речь идет о словаре, который призван облегчить поиск необходимой информации.
Возможно два способа расположения слов в словарях: по близости их буквенного состава и по смысловой близости.
По первому способу создаются алфавитные словари. По второму способу - тезаурусы. Алфавитные словари служат для раскрытия значения данного слова. Тезаурусы служат для поиска слов для выражения данного понятия. Т.е., если в обычном словаре по слову ищется его смысл, то в тезаурусе по заданному смыслу ищутся слова, которые этот смысл выражают.
При компьютерной обработке информации или при определении ее количества используют несколько единиц измерения. Самой маленькой из них величиной является "бит". Он может принимать только два значения 1 (истина) или 0 (ложь). Иногда, в литературе, их называют двоичными цифрами (BInarydigiT), откуда собственно и происходит сам термин или двоичными разрядами2. Если значение бита равно 1 - говорят, что бит установлен (активный бит, ON), если же его значение 0 - говорят, что бит сброшен3 (в неактивном состоянии, OFF). Замена основания логарифма 2 на e, 3 или 10 приводит соответственно к редко употребляемым единицам нат, трит и дит, равным соответственно log2 e приблизительно 10/7; log2 3 приблизительно 8/5 и log2 10 приблизительно 10/3 бита.
Система счисле́ния — символический метод записи чисел, представление чисел с помощью письменных знаков.
Система счисления:
• даёт представления множества чисел (целых и/или вещественных);
• даёт каждому числу уникальное представление (или, по крайней мере, стандартное представление);
• отражает алгебраическую и арифметическую структуру чисел.
Системы счисления подразделяются на позиционные, непозиционные и смешанные.
Позиционная система — значение каждой цифры зависит от её позиции (разряда) в числе. Например, привычная для нас 10-я система счисления — позиционная. Рассмотрим число 453. Цифра 4 обозначает количество сотен и соответствует числу 400, 5 — кол-во десяток и аналогично значению 50, а 3 — единиц и значению 3. Как видим — чем больше разряд — тем значение выше. Итоговое число можно представить, как сумму 400+50+3=453.
Непозиционная — самая древняя, в ней каждая цифра числа имеет величину, не зависящую от её позиции (разряда). То есть, если у вас 5 черточек — то число тоже равно 5, поскольку каждой черточке, независимо от её места в строке, соответствует всего 1 один предмет.
Смешанная система — в каждом разряде (позиции) числа набор допустимых символов (цифр) может отличаться от наборов других разрядов. Яркий пример — система измерения времени. В разряде секунд и минут возможно 60 различных символов (от «00» до «59»), в разряде часов – 24 разных символа (от «00» до «23»), в разряде суток – 365 и т. д.
Позиционная система счисления. В позиционных системах счисления один и тот же числовой знак (цифра) в записи числа имеет различные значения в зависимости от того места (разряда), где он расположен. Смешанная система счисления является обобщением системы счисления и также зачастую относится к позиционным системам счисления. Основанием смешанной системы счисления является возрастающая последовательность чисел, и каждое число в ней представляется как линейная комбинация: где на коэффициенты , называемые как и прежде цифрами, накладываются некоторые ограничения.
Непозиционные системы счисления. В непозиционных системах счисления величина, которую обозначает цифра, не зависит от положения в числе. При этом система может накладывать ограничения на положение цифр, например, чтобы они были расположены в порядке убывания.
Основание системы счисления - это количество цифр в алфавите.
Алфавит системы счисления - это совокупность цифр и букв, с помощью которых записываются числа.
Позиционные – это такие системы счисления, в которых величина, которую обозначает цифра в записи числа, зависит от положения цифры в этом числе. Например: 10-, 2-, 3-, 8-, 16-чная и т.д.
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 + 0
Таким образом, 1910 = 100112.
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 65 535, 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
123 456 789 = 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).
Нормальная форма и нормализованная форма. Нормальной формой числа с плавающей запятой называется такая форма, в которой мантисса (без учёта знака) находится на полуинтервале [0; 1) ( ). Число с плавающей запятой, находящееся не в нормальной форме, теряет точность по сравнению с нормальной формой. Такая форма записи имеет недостаток: некоторые числа записываются неоднозначно (например, 0,0001 можно записать в 4 формах — 0,0001•100, 0,001•10−1, 0,01•10−2, 0,1•10−3), поэтому распространена (особенно в информатике) также другая форма записи — нормализованная, в которой мантисса десятичного числа принимает значения от 1 (включительно) до 10 (не включительно), а мантисса двоичного числа принимает значения от 1 (включительно) до 2 (не включительно) ( ). В такой форме любое число (кроме 0) записывается единственным образом. Недостаток заключается в том, что в таком виде невозможно представить 0, поэтому представление чисел в информатике предусматривает специальный признак (бит) для числа 0.
Так как старший разряд (целая часть числа) мантиссы двоичного числа (кроме 0) в нормализованном виде равен «1», то при записи мантиссы числа в эвм старший разряд можно не записывать, В позиционных системах счисления с основанием большим, чем 2 (в троичной, четверичной и др.), этого свойства нет.
Логические основы эвм
В вычислительных машинах коды нуля и единицы представляются электрическими сигналами, имеющими два различных состояния. Наиболее распространенными способами физического представления информации являются импульсный и потенциальный:
• импульс или его отсутствие;
• высокий или низкий потенциал;
• высокий потенциал или его отсутствие.
При импульсном способе отображения код единицы идентифицируется наличием электрического импульса, код нуля — его отсутствием (впрочем, может быть и наоборот). Импульс характеризуется амплитудой и длительностью, причем длительность должна быть меньше временного такта машины.
При потенциальном способе отображения код единицы — это высокий уровень напряжения, а код нуля — отсутствие сигнала или низкий его уровень. Уровень напряжения не меняется в течение всего такта работы машины. Форма и амплитуда сигнала при этом во внимание не принимаются, а фиксируется лишь сам факт наличия или отсутствия потенциала. Вышесказанное обусловило то, что для анализа и синтеза схем в компьютере при алгоритмизации и программировании решения задач широко используется математический аппарат алгебры логики, оперирующий также с двумя понятиями «истина» или «ложь». Алгебра логики — это раздел математической логики, значение всех элементов (функций и аргументов) которой определены в двухэлементном множестве: 0 и 1. Алгебра логики оперирует с логическими высказываниями.
Высказывание — это любое предложение, в отношении которого имеет смысл утверждение о его истинности или ложности. При этом считается, что высказывание удовлетворяет закону исключенного третьего, то есть каждое высказывание или истинно, или ложно, и не может быть одновременно и истинным и ложным.
В алгебре логики все высказывания обозначают буквами а, b, с и т. д. Содержание высказываний учитывается только при введении их буквенных обозначений, и в дальнейшем над ними можно производить любые действия, предусмотренные данной алгеброй. Причем если над исходными элементами алгебры выполнены некоторые разрешенные в алгебре логики операции, то результаты операций также будут элементами этой алгебры.
Простейшими операциями в алгебре логики являются операции логического сложения (иначе: операция ИЛИ (OR), операция дизъюнкции) и логического умножения (иначе: операция И (AND), операция конъюнкции). Для обозначения операции логического сложения используют символы + или V, а логического умножения — символы • или /\. Правила выполнения операций в алгебре логики определяются рядом аксиом, теорем и следствий. В частности, для алгебры логики применимы и законы.
Наименьшим элементом алгебры логики является 0, наибольшим элементом — 1. В алгебре логики также вводится еще одна операция — отрицания(операция НЕ, инверсия), обозначаемая чертой над элементом.
Функция в алгебре логики — выражение, содержащее элементы алгебры логики а, b, с и др., связанные операциями, определенными в этой алгебре.
Конъюнкция - это сложное логическое выражение, которое считается истинным в том и только том случае, когда оба простых выражения являются истинными, во всех остальных случаях данное сложенное выражение ложно. Обозначение: F = A & B.
-
A
B
F
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
Функция конъюнкции истинна
тогда, когда истинны одновременно оба
высказывания.
