Кодирование символьной (текст, знаки, цифры) информации.

При вводе с клавиатуры какого-либо символа происходит его преобразование в двоичное число - комбинацию единиц и нулей (1 байт при мощности алфавита 256). Это число хранится в памяти машины. Специальные электронные схемы, определяя это число, выводят на экран введенный с клавиатуры символ.

Кодовые таблицы: КОИ-8 (8 битный), В качестве международного стандарта принята кодовая таблица ASCII, кодирующая первую половину символов с числовыми кодами от 0 до 127 (коды от 0 до 32 отведены не символам, а функциональным клавишам).

В конце 90^х годов появился новый международный стандарт Unicode, который отводит под один символ не один байт, а два, поэтому с его помощью можно закодировать не 256, а 65536 символов (16 бит на один символ), что позволяет включить в себя все существующие языки мира, музыкальные и химические символы и др.

4. Вероятностный и алфавитный подходы к измерению информации. Единицы измерения информации. Скорость передачи информации. Пропускная способность канала связи.

а. Вероятностный, или содержательный подход к измерению информации.

Пример: в процессе обучения происходит переход от незнания к знанию, т. е. неопределенность уменьшается. Такой подход к информации как мере уменьшения неопределенности знания позволяет ее количественно измерить.

Сообщение, уменьшающее неопределенность знания в 2 раза, несет один бит информации.

Например: при подбрасывании монеты может выпасть либо «орел», либо «решка». Это два возможных события. Они равновероятны. Сообщение о том, что произошло одно из двух равновероятных событий (например, выпала «решка»), уменьшает неопределенность нашего знания (перед броском монеты) в два раза.

За единицу количества информации принимается такое кол-во информации, которое содержит сообщение, уменьшающее неопределенность в 2 раза. Такая единица называется бит.

В вычислительной технике битом называют наименьшую порцию памяти, необходимую для хранения одного из двух знаков «0» и «1», используемых для внутримашинного представления данных и команд.

Количество возможных событий может быть больше, чем два.

Например, количество оценок, которые может получить студент на экзамене, равно четырем. Сколько информации содержится в сообщении о том, что он получил «4»?

Количество событий равно 4 (количество оценок: 2,3,4,5)Существует формула, которая связывает между собой кол-во возможных событий N и кол-во информации I.

N=2^I , где N - количество 4= 2^I I=2 бит

Количество битов	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Количество событии	1	2	4	8	16	32	64	128	256	512	1024

Или:

I = log₂N.

б. Алфавитный подход к измерению информации

Подход основан на подсчете числа символов в сообщении. Этот подход не связывает количество информации с содержанием сообщения, позволяет реализовать передачу, хранение и обработку информации с помощью технических устройств, не теряя при этом содержания (смысла) сообщения.

Алфавит любого языка включает в себя конечный набор символов. Исходя из вероятностного подхода к определению количества информации, появление символов алфавита в тексте можно рассматривать как различные возможные события (например в 32-х буквенном алфавите при наборе 1 символа происходит одно из 32 возможных событий). Количество таких событий (символов) N называют мощностью алфавита. Тогда количество информации, которое несет каждый из N символов, согласно вероятностному подходу определяется из формулы:

2^I = N., где ^I - кол-во инф, необходимое для кодирования 1 символа, N - мощность алфавита.

Зная, количество символов в тексте, можно подсчитать инф объем текстового сообщения.

Алфавитный подход является объективным способом измерения информации и используется в технических устройствах.

Переход к более крупным единицам измерения

Ограничения на максимальную мощность алфавита не существует, но есть алфавит, который можно считать достаточным (на современном этапе) для работы с информацией, как для человека, так и для технических устройств. Он включает в себя: латинский алфавит, алфавит языка страны, числа, спецсимволы — всего около 200 знаков. По приведенной выше таблице можно сделать вывод, что 7 битов информации недостаточно, требуется 8 битов, чтобы закодировать любой символ такого алфавита, 256 = 2⁸. 8 бит образуют 1 байт. То есть для кодирования символа компьютерного алфавита используется 1 байт. Укрупнение единиц измерения информации — используют приставки «кило», «мега», «гига». При этом следует помнить, что основание не 10, а 2.

1 Кб (кило­байт) = 2¹⁰ байт = 1024 байт,

1 Мб(мегабайт) = 2¹⁰ Кб = 2²⁰ байт и т. д.

1 Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 2³⁰ байт.

1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт = 2⁴⁰ байт.

1 Петабайт (Пбайт) = 1024 Тбайт = 2⁵⁰ байт.

Определение количества информации в сообщении поможет определить скорость информационного потока по каналам связи.

Максимальную скорость передачи информации по каналу связи называют пропускной способностью канала связи.

Самым совершенным средством связи на сегодня являются оптоволоконные кабели. Информация передается в виде световых импульсов, посылаемых лазерным излучателем. У этих средств связи высокая помехоустойчивость и пропускная способность более 100Мбит/с.

5. Понятие алгоритма: свойства алгоритмов, исполнители алгоритмов. Автоматическое исполнение алгоритма. Основные алгоритмические структуры.

Алгоритм – это определенная последовательность действий для получения решения задачи за конечное число шагов. Алгоритм предполагает наличие исполнителя — человека или технического устройства (автомат, робот, компьютер) со строго определенным набором возможных команд.

Команда – это указание исполнителю выполнить какое-либо действие. Команды алгоритма выполняются одна за другой. Совокупность команд называется системой команд исполнителя.

Свойства алгоритмов:

• Понятность - т.е. исполнителю должно быть понятно, как исполнять алгоритм.

• Дискретность (прерывистость) – алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых шагов.

• Определенность – каждое правило для алгоритма д.б. четким, никаких дополнительных сведений для решения не требуется.

• Результативность – решение задачи за конечное число шагов.

• Массовость или универсальность – алгоритм разрабатывается для некоторого класса задач, различающихся лишь исходными данными.

Исполнитель алгоритма – это система, способная выполнять действия, предписываемые алгоритмом.

В информатике исполнителем алгоритма является компьютер.

Автоматическое исполнение алгоритма

От исполнителя не требуется понимания сущности алгоритма, он должен точно выполнять команды в заданной последовательности (например, робот).

    Примером исполнителя, автоматически выполняющего различные алгоритмы, является компьютер. Рассмотрим запись на жесткий диск компьютера телевизионной передачи с помощью ТВ-тюнера. Указав в расписании время начала и окончания записи, поставив «флажок» возле позиции «Выключить компьютер после записи», пользователь может быть уверен, что передача будет записана и компьютер будет выключен. Всю заданную работу выполнит компьютер по разработанному ранее алгоритму, не внося никаких изменений (другая передача, другое время, невыключение компьютера).

 

Способы описания алгоритмов

    Словесное описание применимо лишь для простейших алгоритмов. В случае, когда связи между действиями усложняются, высокая степень детализации приводит к громоздкому описанию.

    Описание на алгоритмическом языке (псевдокоде) осуществляется с помощью слов естественного языка, но в специальной форме, отображающей структуру алгоритма. Всё чаще словесное описание и запись на алгоритмическом языке сводят к одному способу — словесному.

    Описание в графической форме в виде блок-схемы. В схеме алгоритма каждому типу действий (ввод исходных данных, вычисление, проверка условия, управление циклом, вывод результатов, окончание) соответствует своя геометрическая фигура — блок. Блоки соединяются линиями со стрелками, указывающими последовательность действий. Форма блоков установлена ГОСТом. Внутри блока записывается содержание соответствующего действия. Совокупность блоков образует блок-схему алгоритма.

 

Основные блоки, используемые при графической форме записи алгоритмов:

 

 

    Описание в виде программы для компьютера на языке программирования (например, Паскаль, Бейсик, Си).

 

Основные алгоритмические структуры

    Алгоритм может быть реализован в виде комбинации трех базовых алгоритмических конструкций: линейной, разветвленной, циклической.

    Алгоритм линейной структуры — алгоритм, в котором предписываемые действия выполняются последовательно: Оператор1 — Оператор2 — ... — Оператор N. Такой порядок выполнения действий называется естественным.

    Алгоритм разветвленной структуры — алгоритм, в котором предусмотрено разветвление выполняемой последова­тельности действий в зависимости от результата проверки какого-то условия. Условие — это некоторое логическое выражение. Если условие (логическое выражение) принимает значение «истина», то выполняется Оператор1, в противном случае — значение «ложь» — выполняется Оператор2. Oпeратор1 и Оператор2 могут представлять собой группу операторов, а также могут быть условными операторами. В случае отсутствия Оператора2 получаем конструкцию с неполным ветвлением.

 

    Алгоритм циклической структуры (цикл с повторением) — алгоритм, в котором предусмотрено неоднократное выполнение одной и той же последовательности действий. Эту последовательность действий называют телом цикла.

    Если количество повторений известно, то используют цикл со счетчиком, иначе - цикл с предварительной или последующей проверкой условия повторения.

    Циклическую структуру реализуют операторы трех типов.

    Оператор FOR...DO действует следующим образом. Тело цикла выполняется для каждого значения параметра цикла I от его начального M1 до конечного значения М2 включительно. I, Ml, M2 — чаще всего переменные целого типа. Шаг изменения переменной цикла I равен +1 или -1.

    Оператор WHILE... DO действует следующим образом. Каждый раз предварительно проверяется значение логического выражения. Пока оно истинно, выполняется тело цикла. Как только оно становится ложным, происходит выход за пределы цикла. Если с самого начала значение логического выражения является ложным, то тело цикла не выполняется ни разу.

    Оператор REPEAT...UNTIL действует следующим образом. Тело цикла выполняется, пока значение логического выраже­ния ложно. Тело цикла выполняется как минимум один раз.

    Все алгоритмические конструкции имеют общее свойство: один вход и один выход. Допускается неограниченное соединение структур и их вложение друг в друга, что позволяет проектировать сложные алгоритмы.