3.2. Понятия о преобразовании информации и теории алгоритмов

3.2.1. Понятия о преобразовании информации

Вся человеческая деятельность неразрывно связана с информацией. На общественном транспорте водитель сообщает название следующей остановки, информируя тем самым пассажиров, желающих выйти. Номер дома на

е го фасаде также является информацией. Прослушанный прогноз погоды дает возможность человеку определить форму одежды. Сигнальные лампочки в схемах управления электроприводами несут информацию о состоя

Рис. 1. Общая схема обработки информации.

нии элементов (включен, выключен, параметр в норме, не в норме). В любом случае человек или автоматическое управляющее устройство, пользуясь информацией, продумывает свое решение и предпринимает какие-либо действия. Процесс анализа и принятия решения основан именно на полученной информации, которая обработаначеловеческим мозгом или автоматическим устройством.

Информация представляется сообщениями. Под сообщениями понимаются любые сведения, подлежащие передаче. Эти сведения могут быть представлены в форме устной речи, письма, изображения, чисел измеряемых величин, команд управления или данных, характеризующих состояние контролируемых объектов. Таким образом, сообщение состоит из различных знаков и символов. Весь набор таких символов называют алфавитом. Общепринятый алфавит содержит не только буквы (русские, латинские, греческие, английские и т. д.), но и цифры, поэтому информация может быть как буквенная, так и цифровая. Конечный набор различных символов алфавита определенной длины называется словом. Примеры слов: 125; 31,2; включить; выключить; К, погода.

Существуют и другие алфавиты с более коротким набором используемых символов.

Всем хорошо известна азбука Морзе, где с помощью всего лишь двух знаков (точки и тире) могут изображаться любые слова произвольной формы; двоичная система счислений, где с помощью 0 и 1 также можно составлять слова.

Процесс решения любой задачи может быть условно разбит на ряд этапов, связанных с обработкой информации. Во-первых, условия задачи и порядок действия над данными, представленные в виде группы слов, должны быть восприняты органом вычислений, другими словами необходимо ввести информацию о задаче. На втором этапе проводятся вычисления на основе введенных данных. И третий этап — результаты решения в удобной форме представления должны быть выведены.

Например, требуется вычислить значение по выражению Y= 5 х 2 + соs 45°.

Словами здесь являются не только цифры (5, 2, 45), но также и буквы (Y, соs) и знаки (х, +, °, == ). Как решает человек эту задачу?

С помощью органов зрения или органов слуха человек воспринимает условие задачи. Мозг проводит необходимые вычисления, а органы речи выводят результат расчета, если результат выдается устно. Когда надо зафиксировать результат, то человек использует другие органы — руки — для записи результата расчета на бумаге. Таким образом, в процессе решения задачи, связанной с вычислениями, производится преобразование информации.

Общая схема обработки информации с использованием вычислительной техники представлена на рис. 1.

На вход системы исходные данные от источников информации могут поступать на носителях любой физической природы (сигналы датчиков, магнитные ленты, перфокарты, перфоленты, цифры, буквы и т. д.).

Ввод исходных данных в основное устройство обработки (процессор) может осуществляться преимущественно в двух формах:

1. в режиме непосредственной связи с исследуемым объектом (прямой ввод), когда ввод сигналов в процессор осуществляется в реальном времени (информация б состоянии и поведении объекта поступает с датчиков, воспринимающих сигналы о состоянии процессов);

2. в режиме предварительного преобразования информации (перегруппировка, кодирование, преобразования аналого-цифровые и т. д.) к виду, удобному для последующей автоматической обработки в процессоре. Второй режим важен для исследовательской практики, так как он позволяет вести оперативную обработку результатов, получаемых при многократных экспериментах.

В качестве основного устройства обработки могут использоваться универсальные или специализированные вычислительные машины.

Выдача результатов обработки может осуществляться также в двух формах:

1. в режиме прямой связи с потребителями информации (прямой вывод), когда преобразованная информация, минуя буферное накопление, сортировку и устройства представления результатов, непосредственно выводится на исполнительное устройство в виде сигналов;

2. в режиме буферного накопления с использованием устройств представления результатов обработки потребителю.

Управление всей работой системы осуществляется с помощью центрального процессора или микропроцессора, где выполняются арифметические и логические операции.

Передача информации предполагает наличие, как минимум, двух объектов — источника информации и приемника информации. Для передачи информации применяются сигналы. Сигналом называется физический процесс (например, определенная последовательность электрических импульсов), однозначно соответствующий данному сообщению.

Отображение множества состояний источника информации во множество состояний сигнала (носителя) называют коди­рованием, а отображение множества состояний сигнала во множество состояний приемника — декодированием.

Источники информации и создаваемые ими сообщения разделяют на непрерывные и дискретные. Непрерывные сообщения отображаются сигналами, представляющими собой какие-либо физические величины, изменяющиеся непрерывно и принимающие бесконечное число значений в некотором диапазоне. К ним относятся изменение тока, мощности, расход жидкости, топлива и др. Такая форма представления информации используется в аналоговых, моделирующих и вычислительных устройствах. Дискретные сообщения состоят из конечного множества элементов, формируемых источником информации. К дискретным сообщениям относятся позиционные или предельные извещения. Например, «включено - выключено», «открыто - закрыто» и т. д. Дискретные сообщения отображаются сигналами, принимающими конечное число значений.

Единицами количества информации в цифровых системах являются:

бит — это такое количество информации, которое характеризует источник с двумя равновероятными состояниями;

байт — это количество информации, состоящее из 8 бит;

слово длиной в один байт позволяет закодировать 2⁸ = 256 различных символов, что практически достаточно для обработки символьной информации;

К байт (килобайт), Мбайт (мегабайт) — единицы измерения 'информации, хранящейся в блоках памяти, соответственно равны: 1Кбайт=2¹⁰байт, 1Мбайт=2¹⁰Кбайт=2²⁰байт. Аналогично определяются мегабиты и килобиты: 1Мбит==2¹⁰Кбит==2²⁰ бит.

Рис.2. Структурная схема микропроцессорной системы

Кроме перечисленных единиц информации используют такие понятия: поле — это группа бит, имеющих определенное назначение; массив — совокупность полей, байтов или слов, объединенных общим признаком (например, исходные данные);

сегмент — упорядоченная совокупность полей, байтов, слов, массивов, сгруппированных с целью наименования.

Для характеристики скорости передачи информации используют единицу бод - это 1 бит/с.