Вопросы и ответы к экзамену по информатике / 4

Процессы, связанные с поиском, хранением, передачей, обработкой и использованием информации, называются информационными процессами.

Информационные процессы - это процессы, связанные с получением, хранением, обработкой и передачей информации (т.е. действия, выполняемые с информацией).Т. е. это процессы, в ходе которых изменяется содержание информации или форма её представления

Составляющие информационного процесса

Понятие «информация» тесно связано с понятием «информационный процесс». Под термином «процесс» обычно понимается последовательное изменение состояния системы или явления. Но очень редко можно найти определение понятия «информационный процесс», как правило, только из контекста можно узнать, что под термином «процесс» понимается последовательное изменение состояния системы или явления.

Наиболее полно информационные процессы рассмотрены и определены С.А. Бешенковым и Е.А. Ракитиной [1, с.56 - 61]:

«Информационный процесс - совокупность последовательных действий (операций), производимых над информацией (в виде данных, сведений, фактов, идей, гипотез, теорий и пр) для получения какого-либо результата (достижения цели)" [1, с.57].

Из этого определения следует, что под информацией понимается и смысл (идеи, гипотезы, теории), и данные. Поскольку здесь происходит смешение понятий, авторы далее разделяют информационные процессы на два типа - «общие» и «основные».

«Наиболее общими информационными процессами являются сбор, преобразование, использование информации.

К основным информационным процессам, изучаемым в курсе информатики, относятся поиск, отбор, хранение, передача, кодирование, обработка, защита информации» [1, с.60].

Теперь перейдем к уточнению определения понятия «информационный процесс».

Из известной общей схемы связи К. Шеннона и данного нами выше определения информации следует: информационный процесс заключается в том, что информация (смысл, знание), существующая в аппарате мышления одного человека (источника), должна с помощью данных, циркулирующих в блоках работы с данными, перейти в аппарат мышления другого человека (адресата). На рисунке представлена схема информационного процесса, где для простоты рассматривается информационное взаимодействие между человеком-источником (слева), желающим передать некую информацию (смысл, понимание) человеку-адресату (справа). Для общности предполагается, что пространственно источник и адресат находятся на таком расстоянии, что вынуждены использовать технические средства для общения между собой. Заметим, что происходит не непосредственный переход, а формирование информации у адресата на основе полученных данных и накопленных опыта и знаний. Итак: Информационный процесс - это совокупность процессов, происходящих в аппаратах мышления людей (инициируемых поступающими данными), и процессов обработки данных.

Выше был употреблен термин «информационное взаимодействие», которому дадим следующее определение:

Информационное взаимодействие - взаимодействие между людьми посредством передачи между ними данных, в результате которого происходят изменения в ощущениях, мнениях, представлениях, знаниях (или, в психологических терминах, в ментальном опыте).

Таким образом, информационный процесс имеет три составляющие:

1) процесс в аппарате мышления человека, готового передать свой опыт (знания, представления);

2) процесс передачи данных;

3) процесс в аппарате мышления человека, получившего данные и формирующего свою информацию в аппарате мышления.

Очевидно, что первый и третий процессы симметричны. Мы будем называть их интеллектуальными процессами. Изучением подобных процессов занимается психология.

Второй процесс обеспечивает прием, хранение, обработку и передачу данных, и его логично назвать информатическим процессом, так как его исследованием и конструированием занимается информатика (по аналогии, физика занимается физическими процессами, химия - химическими). Прилагательное «информатический», по-видимому, ввел в научную и практическую терминологию М.П. Лапчик [5]. Итак:

Интеллектуальный (ментальный) процесс - это психический процесс, который в условиях познавательного контакта человека с миром обеспечивает возможность поступления данных в аппарат мышлениям их преобразование в информацию (ментальный опыт) [8].

Информатический процесс - это совокупность действий, производимых над данными в рамках информационного процесса

Процесс передачи информации от источника к получателю называется Информационным процессом.

При телефонной передаче источник сообщения - говорящий. Кодирующее устройство, изменяющее звуки слов в электрические импульсы, - это микрофон. Канал, по которому передается информация - телефонный провод. Та часть трубки, которую мы подносим к уху, играет роль декодирующего устройства. Здесь электрические сигналы снова преобразуются в звуки. И, наконец, информация поступает в "принимающее устройство" - ухо человека на другом конце провода.

Источник помех

Общая схема передачи информации.

Совокупность операций сбора, накопления, ввода, вывода, приема, передачи, записи, хранения, регистрации, уничтожения, преобразования и отображения информации часто называют обобщенным термином обработка информации

Структура информационного процесса

При переносе информации в виде сигнала от источника к потребителю (пояснения на схеме см. в разделе Информация)

она проходит последовательно следующие фазы (говорят – фазы обращения), составляющие информационный процесс:

1. Восприятие (если фаза реализуется технической системой) или сбор (если фаза реализуется человеком) – осуществляет отображение источника информации в сигнал. Здесь определяются качественные и количественные характеристики источника, существенные для решения задач потребителя информации, для чего и собирается или воспринимается информация. Совокупность этих характеристик создает образ источника, который фиксируется в виде сигнала на носителе той или иной природы (бумажном, электронном и т.п.).

2. Передача – перенос информации в виде сигнала в пространстве посредством физических сред любой природы. Включается в информационный процесс, если места выполнения других фаз информационного процесса территориально разобщены.

3. Обработка – любое преобразование информации с целью решения определенных функциональных задач (они определяются потребителем информации). Данная фаза может включать хранение информации как перенос ее во времени.

4. Представление (если потребителем информации является человек) или воздействие (если потребителем является техническая система). В первом случае выполняется подготовка информации к виду, удобному для потребителя (графики, тексты, диаграммы, таблицы и т.д.). Во втором случае вырабатываются управляющие воздействия на технические средства. Этот случай характерен для выпускников специальности "Автоматизация управления технологическими процессами", а потому здесь не рассматривается

Схематично информационный процесс изображен на рисунке:

Прямоугольниками изображены процедуры (фазы), другие фигуры обозначают объекты. Пунктирные прямоугольники показывают, что эти фазы могут отсутствовать.

Как видно из рисунка, каждая фаза в общем случае преобразует (или отображает) входной сигнал в выходной. Например, при обработке сигнал S₃ преобразуется в сигнал S₄. Это делается для удобства проведения следующей процедуры или, в последнем случае, для удобства потребителя.

Пример 1. Рассмотрим информационный процесс, имеющий место при приеме в ВУЗ абитуриентов, к числу которых в недавнем времени относился и наш читатель (при этом отметим, что подобный информационный процесс, когда решается некоторая задача преобразования информации из конкретной предметной области, называется предметным). Названные на рисунке элементы представлены ниже:

• источник информации – абитуриент, сведения о знаниях и других достоинствах которого являются основанием для зачисления в ВУЗ. Сигнал S₁ – это документы (например, аттестат о среднем образовании), которые сдаются в приемную комиссию;

• сбор информации выполняется работниками приемной комиссии, куда стекаются сведения о прошлых успехах абитуриента и результатах вступительных испытаний. Очевидны качественные и количественные характеристики источника-абитуриента: это баллы в аттестате, различные квалификации, которые он приобрел в результате обучения на дополнительных курсах и факультативах, медицинские справки и т.д. При этом собираемые данные регистрируются, например, записываются в сводные ведомости, где по каждому студенту фиксируются  данные о нем. Формируется сигнал S₂ (в этом случае он носит бумажный характер). Возможно также использование технических систем для регистрации собранных данных. Если приемная комиссия снабжена компьютерной техникой, сигнал S₂ носит электронный характер. В любом случае, как правило, применяется фиксация информации на бумажном носителе;

• передача информации. В простейшем случае это передача данных курьером (работником приемной комиссии) тому лицу, который занимается их обработкой. При этом, очевидно, никаких изменений с данными не происходит (если только курьер их не потеряет), т.е. сигналы S₂ и S₃ равны. Если возможно использование технических систем для передачи информации, этот процесс механизирован или автоматизирован (в случае применения ЭВМ). При автоматизации передачи возможно несовпадение сигналов S₂ и S₃ по их синтаксическим характеристикам, что связано с особенностями этой процедуры и подробнее рассматривается далее;

• обработка сводится к упорядочению списка абитуриентов в зависимости от качественных и количественных параметров (они назывались выше). Тогда   самые достойные на зачисление оказываются в начале списка и первыми включаются затем в приказ. Эту работу выполняют в приемной комиссии (такая задача в несколько упрощенном виде использована ранее). Тогда сигнал S₄ – это упорядоченный список абитуриентов, разбитый на группы по специальностям. Очевидно, эта фаза может выполняться вручную, но именно для подобных задач используются средства вычислительной техники, и в первую очередь - компьютеры;

• передача упорядоченного списка абитуриентов в деканат, занимающийся формированием учебных групп по каждой специальности, аналогично первой процедуре передачи может выполняться как человеком, так и техническими системами. Как отмечалось выше, в первом случае сигналы S₄ и S₅ могут совпадать, во втором - могут различаться;

• представление списков абитуриентов, разбитых на группы, выполняется деканатами. Сигнал S₆ имеет вид таблиц, включающих фамилии и инициалы абитуриентов. Каждая из таблиц соотнесена с той или иной учебной группой;

• потребитель информации – ректор ВУЗа, который  готовит и визирует приказ о зачислении в ВУЗ.

Пример 2. Сформируем схему обращения информации при сдаче студентами сессии:

Сигнал S₁ - это ответы студентов на экзаменах, которые анализируются преподавателем и оцениваются, как правило, по пятибалльной системе (фаза Сбор). В результате формируется ведомость сдачи экзамена (сигнал S₂), которая секретарем кафедры (или самим преподавателем) передается в деканат того факультета, к которому "приписаны" студенты (фаза Передача). Очевидно, если по дороге не случается фальсификации, сигналы S₂ и S₃ совпадают. В деканате ведомость попадает методисту, который выполняет ее обработку - заполняет специальный журнал успеваемости, где собираются данные об успеваемости каждого студента за все время обучения в Вузе (фаза Обработка). Можно сказать, что сам журнал (сигнал S₄)выполняет функцию хранения информации (на рисунке эта фаза не показана). По окончании срока сессии методист готовит для декана справку о результатах сессии по всем учебным группам студентов: списки неуспевающих, списки студентов, претендующих на стипендию, списки тех, кто может получать повышенную (именную) стипендию и т.д. (фаза Представление). Эта справка и есть сигнал S₆, который поступает декану для решения типичных для деканата задач: отчисление студентов, перевод на следующий курс или на другую специальность (другое учебное заведение), восстановление и т.п. Следует отметить, что некоторые фазы, в свою очередь, могут рассматриваться как совокупность последовательных операций, среди которых можно выделить операции, аналогичные рассмотренным фазам. Например, в фазе Обработка, как будет показано далее, имеет место сбор информации. Это говорит о том, что детализация информационных процессов определяется уровнем их рассмотрения с целью последующей автоматизации, т.е. решения соответствующих задач с помощью компьютера.

Для реализации большинства рассмотренных выше процедур, составляющих информационный процесс, используется компьютер. Однако и сам компьютер можно рассматривать как устройство переноса информации от источника к потребителю. Такая постановка вопроса позволяет лучше понять происходящие внутри компьютера информационные процессы, направленные на решение поставленных перед ним задач; она рассматривается далее.

Хранение информации (данных) не является самостоятельной фазой в информационном процессе, а входит в состав фазы обработки. Однако, в силу важности организации хранения, данный материал вынесен в отдельный раздел. 

Различают структурированные данные, в которых отражаются отдельные факты предметной области (это основная форма представления данных в СУБД), и неструктурированные, произвольные по форме, включающие и тексты, и графику, и прочие данные. Эта форма представления данных широко используется, например, в Интернет-технологиях, а сами данные предоставляются пользователю в виде отклика поисковыми системами.

Организация того или иного вида хранения данных (структурированных или неструктурированных) связана с обеспечением доступа к самим данным. Под доступом понимается возможность выделения элемента данных (или множества элементов) среди других элементов по каким-либо признакам с целью выполнения некоторых действий над элементом. При этом под элементом понимается как запись файла (в случае структурированных данных), так и сам файл (в случае неструктурированных данных).

Для данных любого вида доступ осуществляется с помощью специальных данных, которые называются ключевыми (ключами). Для структурированных данных такие ключи входят в состав записей файлов в качестве отдельных полей записей. Для неструктурированных поисковые слова или выражения входят, как правило, в искомый текст. С помощью ключей выполняется идентификация требуемых элементов в информационном массиве (массиве хранения данных).

Дальнейшее изложение фазы хранения информации относится к структурированным данным.

Модели структурированных данных и технологии их обработки основаны на одном из трех способов организации хранения данных: в виде линейного списка (или табличном), иерархическом (или древовидном), сетевом.

Хранение информации

описание понятия

Хранение информации — это способ распространения информации в пространстве и времени. Способ хранения информации зависит от ее носителя (книга — библиотека, картина — музей, фотография — альбом). Этот процесс такой же древний, как и жизнь человеческой цивилизации. Уже в древности человек столкнулся с необходимостью хранения информации: зарубки на деревьях, чтобы не заблудиться во время охоты; счет предметов с помощью камешков, узелков; изображение животных и эпизодов охоты на стенах пещер. С рождением письменности возникло специальное средство фиксирования и распространения мысли в пространстве и во времени. Родилась документированная информация — рукописи и рукописные книги, появились своеобразные информационно-накопительные центры — древние библиотеки и архивы. Постепенно письменный документ стал и орудием управления (указы, приказы, законы). Вторым информационным скачком явилось книгопечатание. С его возникновением наибольший объем информации стал храниться в различных печатных изданиях, и для ее получения человек обращается в места их хранения (библиотеки, архивы и т. д.). В жизни человека процесс длительного хранения информации играет большую роль и подвергается постоянному совершенствованию. Когда объем накапливаемой информации возрастает настолько, что ее становится просто невозможно хранить в памяти, человек начинает прибегать к помощи различного рода записных книжек, указателей и т. д. Различная информация требует разного времени хранения: • проездной билет надо хранить только в течение поездки; • программу телевидения — текущую неделю; • школьный дневник — учебный год; • аттестат зрелости — до конца жизни; • исторические документы— несколько столетий. ЭВМ предназначена для компактного хранения информации с возможностью быстрого доступа к ней. Хранение очень больших объемов информации оправдано только при условии, если поиск нужной информации можно осуществить достаточно быстро, а сведения получить в доступной форме. Информационная система — это хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска и размещения и выдачи информации. Наличие таких процедур — главная особенность информационных систем, отличающих их от простых скоплений информационных материалов. Например, личная библиотека, в которой может ориентироваться только ее владелец, информационной системой не является. В публичных же библиотеках порядок размещения книг всегда строго определенный. поэтому поиск и выдача книг, а также размещение новых поступлений представляют собой стандартные, формализованные процедуры.

Обработка информации

описание понятия

Обработка информации - преобразование информации из одного вида в другой, осуществляемое по строгим формальным правилам. Обрабатывать можно информацию любого вида. Правила обработки могут быть самыми разнообразными. Но всегда ли необходимо знать правила преобразования входной информации в выходную? • Дети не знают, что внутри у заводной игрушки. Им известно одно: заведи — она едет. (Вам-то, конечно, уже известно: на «входе» — энергия сжатой пружины, на «выходе» — движение колес.) • Мама, ничего не знающая об устройстве телевизора, видит помехи во время ее любимого сериала. Она начинает дергать и крутить антенну так и этак, надеясь получить четкое изображение (она начинает манипулировать «входами», надеясь получить на «выходе» устранение препятствия).

Такие системы, в которых наблюдателю доступны лишь входные и выходные величины, а структура и внутренние процессы неизвестны, называются черным ящиком.

Любая вещь, любой предмет, любое явление - любой познаваемый объект — первоначально обычно выступает как «черный ящик». • Перед инженером стоит гарантийный компьютер. Разбирать его нельзя, но инженер должен решить, возвращать аппарат для ремонта или заменить новым. • В практической деятельности врач сталкивается с внешними проявлениями болезни, но истинное состояние организма больного ему неизвестно. Перед врачом задача «черного ящика». Таким образом, «черный ящик» — это система, об устройстве и принципах деятельности которой мы ничего не знаем. Обработка информации по принципу «черного ящика» — процесс, в котором пользователю важна и необходима лишь входная и выходная информация, но правила, по которым происходит преобразование, его не интересуют и не принимаются во внимание. «Черный ящик» — это система, в которой внешнему наблюдателю доступна лишь информация на входе и на выходе этой системы, а строение и внутренние процессы неизвестны. Возможность автоматизированной обработки информации основывается на том, что обработка информации не подразумевает ее осмысления.

Носители информации

Допечатные процессы предъявляют особые требования к регистрирующим средствам, использующимся для хранения информации. Такие требования являются следствием не только постоянных потребностей, связанных с увеличением объемов сохраняемых данных, обрабатываемых в процессе производства печатной продукции. Память имеет исключительное значение для постоянного резервирования данных внутри сети рабочих станций, а также для безопасной пересылки и архивирования данных. Несмотря на возросшие возможности передачи данных через сети или через Интернет, среды для сохранения данных будут продолжать играть важную роль в обмене информацией между заказчиком и исполнителем. Благодаря новым технологиям и производственным процессам емкость носителей, предназначенных для хранения информации, постоянно увеличивается. Имеются предпосылки, что этот рост составит около 80% в год. Суть увеличения объемов хранения данных включает, вероятно, совокупность следующих факторов: повышение плотности записи, числа дорожек и оптимальное использование поверхности носителя. Супердиск с объемом памяти 120 Мб действительно соответствует данной задаче, несмотря на то, что по внешнему виду он является почти таким же, как гибкий 3,5-дюймовый диск. Однако супердиск по объему памяти превосходит последний почти в 83 раза. Сведения об объемах памяти различных носителей приведены в табл. 5. Классификация носителей данных Все имеющиеся в настоящее время носители информации могут подразделяться по различным признакам. В первую очередь, следует различать энергозависимые и энергонезависимые накопители информации. Энергонезависимые накопители, используемые для архивирования и сохранения массивов данных, подразделяют: по виду записи: – магнитные накопители (жесткий диск, гибкий диск, сменный диск); – магнитно-оптические системы, называемые также МО; – оптические, такие, как CD (Compact Disk, Read Only Memory) или DVD (Digital Versatile Disk); по способам построения: – вращающаяся пластина или диск (как у жесткого диска, гибкого диска, сменного диска, CD, DVD или MО); – ленточные носители различных форматов; – накопители без подвижных частей (например, Flash Card, RAM (Random Access Memory), имеющие ограниченную область применения из-за относительно небольших объемов памяти по сравнению с вышеназванными носителями информации). Если требуется быстрый доступ к информации, как, например, при выводе или передаче данных, то используются носители с вращающимся диском. Для архивирования, выполняемого периодически (Backup), наоборот, более предпочтительными являются ленточные носители. Они имеют большие объемы памяти в сочетании с невысокой ценой, правда, при относительно невысоком быстродействии. По назначению носители информации различаются на три группы: распространение информации: носители с предварительно записанной информацией, такие как CD ROM или DVD-ROM; архивирование: носители для одноразовой записи информации, такие как CD-R или DVD-R (R (record able) – для записи); резервирование (Backup) или передача данных: носители с возможностью многоразовой записи информации, такие как дискеты, жесткий диск, MO, CD-RW (RW (rewritable) – перезаписываемые и ленты. CD и DVD (ROM, R, RW) CD-ROM был первоначально создан для того, чтобы распространять большие объемы информации (например, музыку и т.д.) за умеренную плату. Между тем он стал наиболее используемым носителем информации и для меньших объемов данных, например, при личном пользовании. В обозримом будущем CD-ROM могут быть заменены на DVD-ROM. DVD имеет емкость памяти от 4,7 до 17 GB. DVD-ROM может использоваться для распространения программных продуктов, мультимедиа, банков данных и для записи художественных фильмов. Увеличение объема памяти здесь стало возможным благодаря технологии двойного слоя. Она позволяет наносить на верхнюю и нижнюю стороны диска по два накопительных слоя, которые разделяются полуотражающим промежуточным слоем. При считывании информации лазер "прыгает" между обоими накопительными слоями. Компакт-диск, кратко называемый CD-R (или, соответственно, DVD-R), представляет собой оптическую пластину для одноразовой записи в формате 5,25 дюйма с большой плотностью. Запись на такой диск может быть произведена только один раз в специальном записывающем устройстве. После этого информацию можно считывать посредством обычного дисковода CD-ROM. Типичная область применения – это передача информации в ограниченном количестве. Более гибким, но менее распространенным является CD-RW (Rewritable). Этот сменный носитель информации может быть перезаписан заново до 1000 раз. Нанесенный слой при записи в результате термооптического процесса изменяет свою структуру с кристаллической на аморфную. В результате на этих местах изменяются отражающие свойства несущего слоя. Интенсивность излучения, соответствующая отражению от светлых или темных участков, преобразуется в бинарные числа 1 или 0. Сменные накопители Работа сменного накопителя основывается на использовании магнитных слоев, служащих для многократной записи информации. Сменные диски SyQuest. Производитель SyQuest, на чав с выпуска дисков емкостью 44 Мб, довел со временем их память до 1,5 Гб. При этом увеличение памяти потребовало применения и нового дисковода. Эти сменные магнитные диски стали часто используемыми носителями данных в допечатных процессах. Картриджи данных. Начиная с 70-х годов эти магнитные накопители относятся к основным средам для резервирования данных. Главным образом они используются для резервного копирования данных на жестком диске персональных компьютеров (PC). Часто при резервировании в сети система автоматически подключает несколько картриджей для обработки накопителей со сменными дисками. Картриджи выпускаются в форматах 5,25 и 3,5 дюйма. Дисководы, предлагаемые различными изготовителями, бывают встроенными или присоединенными к персональному компьютеру. По сравнению с гибкими дисками скорость пересылки данных у картриджей выше, однако она меньше, чем у жестких дисков. Магнитный ленточный носитель данных (ширина ленты 4 или 8 мм). Среди множества четырех- и восьмимиллиметровых ленточных носителей информации имеются такие, которые в соответствии с новыми разработками отличаются более надежной защитой данных. Это свойство достигнуто благодаря тому, что уменьшено воздействие на подобные ленты статического электричества. Четырехмиллиметровые ленточные носители информации имеют емкость до 4 Гб. У восьмимиллиметровых носителей – 5 Гб. Они используются в банках данных, когда на магнитных лентах должны автоматически сохраняться большие массивы информации. SuperDisk, ZIP, JAZ. Гибкий диск 3,5 дюйма является наиболее распространенным накопительным носителем в мире. В настоящее время в разработке находятся две системы: технология ZIP фирмы Iomega и SuperDisk (ранее называвшийся LS-120) фирмы Imation. SuperDisk предоставляет возможность размещения информации объемом 120 Мб и почти не отличается внешне от традиционной 3,5-дюймовой дискеты. Носитель информации недорогой и "совместим в обе стороны", т.е. на новых дисководах можно также считывать и записывать классические дискеты 1,44 Мб. Дискеты ZIP фирмы Iomega имеют объем от 100 до 250 Мб и по цене сопоставимы с носителем SuperDisk. Дискеты ZIP в настоящее время очень распространены в издательском деле, из чего можно сделать заключение о соответствующей потребности в сменных носителях такого вида. ZIP не "совместим в обе стороны", а дисковод может обрабатывать только носители ZIP. Время доступа к информации у диска ZIP меньше, чем у диска SuperDisk. Дискеты 3,5 дюйма "JAZ" фирмы Iomega имеют объем хранения информации до 2 Гб. Магнитооптический диск (CD-MO). Магнитооптические носители, кратко называемые MO, получили широкое распространение. В пользу этой технологии однозначно говорит объем памяти: 640 Мб на носителе 3,5 дюйма и 2,6 Гб на носителе 5,25 дюйма. Их развитие идет быстро. Уже сегодня такие изготовители, как Sony и Philips, говорят об объеме 2,6 Гб у носителей 3,5 дюйма и 10,4 Гб у носителей 5,25 дюймо вого формата. Дисководы MO достигают скорости передачи данных 4 Мб/с, а среднее время доступа составляет менее 25 мс. Размещение и запись данных осуществляются посредством лазера. Жесткие диски. Наконец следует упомянуть жесткие диски, которые входят в стандартную комплектацию практически каждого компьютера. Объем памяти этих носителей информации постоянно увеличивается и в последнее время достиг около 80 Гб для 31/2’’ диска