Основные понятия и методы теории информатики и кодирования. Сигналы, данные, информация. Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации

Сообщения, данные, сигнал, атрибутивные свойства информации, показатели качества информации, формы представления информации. Системы передачи информации

Адекватность информации- выражает степень соответствия создаваемого с помощью информации образа реальному объекту, процессу, явлению. (altstu.ru)

Актуальность информации - существование во времени, так как существуют во времени все информационные процессы. (altstu.ru)

Алфавитный подход -  этот способ не связывает количество информации с содержанием сообщения. (wikipedia.org )

Данные - сигналы, зарегистрированные на материальном носителе. (altstu.ru)

Дискретный сигнал - когда параметр сигнала принимает последовательное во времени конечное число значений (при этом все они могут быть пронумерованы). (wikipedia.org )

Достоверность информации -это свойство, характеризующее степень соответствия информации реальному объекту с необходимой точностью. (altstu.ru)

Доступность информации — это возможность получения информации при необходимости. (altstu.ru)

Знаковая (письменная) информация - в виде различных знаков, среди которых принято выделять: символьную в виде текста, чисел, специальных символов; графическую; табличную. (altstu.ru)

Информация  — (1)общенаучное понятие, включающее обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, обмен сигналами в животном и растительном мире. (2) включает в себя все сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования.(wikipedia.org )

Информационный поиск- процесс поиска неструктурированной документальной информации, удовлетворяющей информационные потребности. (wikipedia.org )

Источник информации - передает информацию. (altstu.ru)

Обработка информации - это процесс преобразования информации от исходной ее формы до определенного результата.: получение новой информации путем вычислений и/или логических рассуждений, преобразование представления информации из одной формы в другую без изменения содержания. (altstu.ru)

Канал связи - канал передачи информации между источником и приемником. (altstu.ru)

Непрерывный сигнал -  источник вырабатывает непрерывное сообщение (соответственно параметр сигнала – непрерывная функция от времени). (wikipedia.org )

Объективность информации – независимость от личного мнения. (altstu.ru)

Передача информации - это физический процесс обмена данными. Предполагается, что существует источник информации, канал связи, приемник информации. (altstu.ru)

Полнота информации- характеризует степень достаточности данных для принятия решения или создания новых данных на основе имеющихся. (altstu.ru)

Приемник- получает информацию. (altstu.ru)

Сбор информации — это деятельность субъекта по накоплению данных с целью обеспечения достаточной полноты. (altstu.ru)

Сигнал -это изменяющийся во времени физический процесс. (altstu.ru)

Содержательный подход - информация рассматривается с субъективной точки зрения, т.е. с точки зрения конкретного человека. (wikipedia.org )

Сообщения - это сведения о каких-то событиях. (altstu.ru)

Устная (словестная) информация – в виде речи. (altstu.ru)

Хранение информации - это поддержание данных в форме, готовой к выдаче их потребителю. (altstu.ru)

Энтропия представляет собой меру неопределенности состояния системы.

Меры и единицы количества и объема информации. Кодирование данных в ЭВМ

Аддитивная модель- любой цвет можно получить за счет сочетания основных цветов в различных пропорциях.

Адрес машинного слова в памяти компьютера равен адресу младшего байта, входящего в слово.

Алфавит -набор символов знаковой системы, используемой для представления информации.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)- устройство, выполняющее оцифровку. (do.gendocs.ru)

Байт — единица хранения и обработки цифровой информации; совокупность битов, обрабатываемая компьютером одномоментно. В современных вычислительных системах 1 байт = 8 битам, в этом случае он может принимать одно из 256 (28) различных значений (состояний, кодов). (wikipedia.org )

Бит - один двоичный разряд в двоичной системе счисления.Одна из самых известных единиц измерения количества информации. (wikipedia.org )

Битовая глубина -число разрядов, используемых для кодировки цвета. (do.gendocs.ru)

Векторизаторы (трассировщики) – специализированные пакеты преобразования растровых изображений в векторные.

Гигабайт — кратная единица измерения количества информации, равная 10⁹ = 1 000 000 000 байт. (wikipedia.org )

Йоттабайт — единица измерения количества информации, равная 10²⁴ или 2⁸⁰ байтам. (wikipedia.org )

Килобайт — единица измерения количества информации, равная 10³=1 000 байт. Часто используется для обозначения 2¹⁰ = 1 024 байт, что согласно предложению международной электротехнической комиссии  является кибибайтом. (wikipedia.org )

Код – набор условных обозначений для представления информации. 

Кодирование – процесс представления информации в виде кода.

Кодовая таблица – это внутреннее представление символов в компьютере. Для кодировки русских букв используют пять различных кодовых таблиц (КОИ - 8, СР1251, СР866, Мас, ISO). (do.gendocs.ru)

Мегабайт — единица измерения количества информации, равная, в зависимости от контекста, 1 000 000 (10⁶) или 1 048 576 (2²⁰) байтам. (wikipedia.org )

Метод CMYK - эта цветовая модель используется при подготовке публикаций к печати. Каждому из основных цветов ставится в соответствие дополнительный цвет (дополняющий основной до белого). Получают дополнительный цвет за счет суммирования пары остальных основных цветов. Значит, дополнительными цветами для красного является голубой (Cyan) = зеленый + синий = белый – красный, для зеленого – пурпурный (Magenta) = красный + синий = белый – зеленый, для синего – желтый (Yellow) = красный + зеленый = белый – синий. (do.gendocs.ru)

Модель HSB - характеризуется тремя компонентами: оттенок цвета (Hue), насыщенность цвета (Saturation) и яркость цвета (Brightness). Эту цветовую модель лучше применять в тех графических редакторах, в которых изображения создают сами, а не обрабатывают уже готовые. Значение цвета выбирается как вектор, выходящий из центра окружности. Направление вектора задается в угловых градусах и определяет цветовой оттенок. Насыщенность цвета определяется длиной вектора, а яркость цвета задается на отдельной оси, нулевая точка которой имеет черный цвет. Точка в центре соответствует белому (нейтральному) цвету, а точки по периметру - чистым цветам. (do.gendocs.ru)

Метод RGB -заключается в следующем: известно, что любой цвет можно представить в виде комбинации трех цветов: красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue). Другие цвета и их оттенки получаются за счет наличия или отсутствия этих составляющих. По первым буквам основных цветов система и получила свое название – RGB. Данная цветовая модель является аддитивной. При наложении одного компонента основного цвета на другой яркость суммарного излучения увеличивается. Если совместить все три компоненты, то получим ахроматический серый цвет, при увеличении яркости которого происходит приближение к белому цвету. (do.gendocs.ru)

Мощность алфавита -определяется количеством символов используемых для отображения информации.

Оцифровка (дискретизация)- измерение напряжения через равные промежутки времени, запись полученных значений в память компьютера. (do.gendocs.ru)

Петабайт — единица измерения количества информации, равная 10¹⁵ или 2⁵⁰ байтам. (wikipedia.org )

Пиксель (точка) - минимальный объект в растровом графическом редакторе. (do.gendocs.ru)

Растр - мельчайшие точки, составляющие определенный узор. (do.gendocs.ru)

Растровое изображение представляет собой однослойную сетку точек, называемых пикселами. (do.gendocs.ru)

Семантическое направление - учитывает целесообразность, ценность или существенность информации.

Статистическое направление - оперирует понятием энтропии как меры неопределенности, то есть здесь учитывается вероятность появления тех или иных сообщений. (do.gendocs.ru)

Структурное - рассматривает дискретное строение массивов информации и их измерение простым подсчетом информационных элементов. (do.gendocs.ru)

Терабайт — единица измерения количества информации, равная 1 099 511 627 776 (2⁴⁰) стандартным (8-битным) байтам или 1024 гигабайтам. Применяется для указания объёма памяти в электронных устройствах. (wikipedia.org )

Триггер - двоичный элемент хранения данных. (wikipedia.org )

Эксабайт — единица измерения количества информации, равная 10¹⁸ или 2⁶⁰ байтам. (wikipedia.org )

Позиционные системы счисления. Перевод чисел из одной системы счисления в другую

Базис позиционной системы счисления называется последовательность чисел, каждое из которых задает количественное значение или "вес" каждого разряда. ( cnit.ssau.ru)

Двоичная система счисления — позиционная система счисления с основанием 2.

Восьмеричная система счисления — позиционная целочисленная система счисления с основанием 8. Для представления чисел в ней используются цифры от 0 до 7.

Десятичная система счисления — позиционная система счисления по целочисленному основанию 10. Одна из наиболее распространённых систем. В ней используются цифры 1, 2,3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0, называемые арабскими цифрами. Предполагается, что основание 10 связано с количеством пальцев рук у человека.

Двенадцатеричная система счисления — позиционная система счисления с основанием 12. Используются цифры 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B. Существует другая система обозначения, где для недостающих цифр используют не A и B, а T  или D или X  —и E или O.

Основание позиционной системы счисления называется количество знаков или символов, используемых для изображения числа в данной системе счисления. ( cnit.ssau.ru)

Позиционная система счисления (позиционная нумерация) — система счисления, в которой значение каждого числового знака (цифры) в записи числа зависит от его позиции (разряда).

Система счисления - способ записи (изображения) чисел. ( cnit.ssau.ru)

Троичная система счисления — позиционная система счисления с целочисленным основанием, равным 3.Существует в двух вариантах: несимметричная и симметричная.

Шестнадцатеричная система счисления — позиционная система счисления по целочисленному основанию 16. Обычно в качестве шестнадцатеричных цифр используются десятичные цифры от 0 до 9 и латинские буквы от A до F для обозначения цифр от 10 до 15, то есть (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F)

Основные понятия алгебры логики. Логические основы ЭВМ

Алгебра логики - раздел математики. Она оперирует логическими высказываниями.

Диаграммы Эйлера-Венна - диаграммы, которые служат для наглядного представления всех вариантов пересечения нескольких множеств. В качестве множеств могут использоваться простые логические высказывания. Диаграмма строится для логического высказывания, которое содержит от одного до трех утверждений.

Дизъюнкция- логическое сложение, логическое ИЛИ;— логическая операция, по своему применению максимально приближённая к союзу «или» в смысле «или то, или это, или оба сразу».

Законы алгебры логики - законы, позволяющие преобразовывать логические выражения. 

Инвертирование — битовая операция, переводящая 0 в 1 и 1 в 0. Логическое НЕ.

Конъюнкция — логическая операция, по своему применению максимально приближенная к союзу «и». Синонимы: логическое «И», логическое умножение, иногда просто «И».

Логическое высказывание - любое предложение в повествовательной форме, о котором можно однозначно сказать, истинно оно или ложно.

Логическое выражение - простое или сложное логическое высказывание, представленное в формальном виде. 

Логические операции - "связки": союзы  и частицы естественного языка, образующие из простых высказываний сложные, представленные в формальном виде .

Логическая переменная - переменная, которая может принимать значение 1 (истина) или 0 (ложь).

Логическая функция - функция, аргументы и значение которой могут принимать значение 1 (истина) или 0 (ложь). 

Переместительный закон (коммутативность) - свойство сложения и умножения чисел, выражаемое тождествами: а+b=b+a, ab =ba.

Простое высказывание - логическое высказывание, состоящее из одного утверждения.

Распределительный закон (Дистрибутивность) - свойство умножения, выражаемое тождествами с (a + b) = са + cb и (а + b)c = ас + bc.

Сложное высказывание - логическое высказывание, состоящее из нескольких утверждения, объединенных с помощью "связок": союзов "и", "или (либо)", частицы "не", связки "если, то" и др.

Сочетательный закон (Ассоциативность) - свойство операций сложения и умножения чисел, выражаемое тождествами (а + b) + c= a + (b + c) и (ab)c = a(bc).

Таблица истинности - таблица, которая используется для описания логических функций, в частности отдельных логических операций. 

В 60-е годы ведущие программисты начали разрабатывать новейшую конструкцию, включающую в себя сочетание аппаратного и программного взаимодействия и давшую начало определению архитектуры ЭВМ. Архитектура ЭВМ стала важной деталью в компьютерном мире и остаётся таковой до сих пор. Понятие и основные виды архитектуры ЭВМ Архитектура ЭВМ — это множественный симбиоз совместного действия, конфигурации и взаимного соединения основных логических узлов ЭВМ. Данный симбиоз служит для выполнения поставленных пользователем задач и охватывания нескольких факторов, объединившихся для создания аппаратных и программных средств, где основное ударение падает на обобщение связей и принципов, присущих разным модификациям вычислительной техники. Так, например, при производстве техники главные составляющие оборудования и его функциональность могут быть одинаковыми, но отдельно взятые образцы имеют существенное различие по цене, скорости и производительности. Во время повседневной работы любого пользователя в значительной мере интересует не только эффективность и быстродействие машины, но и её возможности при решении определённых заданий. В итоге совокупность данных требований потребителей привела к значительному развитию компьютерной элементной базы, отличающейся большей надёжностью и удобством в работе. Необходимо принять во внимание, что увеличение скорости работоспособности отдельных элементов не безгранично, вот почему ведущие специалисты видят разрешение этого вопроса в модернизации архитектуры ЭВМ. В результате модернизации ЭВМ были созданы мощные компьютеры с многопроцессорной архитектурой, позволяющей одновременно действовать нескольким процессорам. Причём, чем мощнее компьютер, тем больше в его работе задействовано процессоров.

Основные виды архитектуры ЭВМ Вся компьютерная система подразделяет виды архитектуры ЭВМ на три группы, обусловленные числом потоков команд и данных, рассмотрим их:

Основоположником классической архитектуры ЭВМ 1-го и 2-го поколения был Джон фон Нейман, который и сформулировал основные принципы последовательности. К такой группе относятся однопроцессорные системы, в одном случае имеющие одиночный поток данных (SISD), а во втором - множественный поток данных (SIMD). Эти виды архитектуры обусловлены одним векторным потоком команд, при том что самих потоков данных множество. Следующая группа, включающая в себя виды архитектуры — MIMD. Представляет собой многопроцессорную систему, имеющую множественный поток команд и такой же поток данных. Данная архитектурная система в основном используется в современных супер-ЭВМ.

И последние, третьи виды архитектуры — MISD, представляющие одну программу со множеством данных. К сожалению, MISD не имеет практической значимости. Данный вид причисляют не к компьютерной архитектуре, а к форме распараллеливания программ. Он обозначает одновременное исполнение двух и более копий одной программы в различных процессорных модулях с разными данными. Стоит рассмотреть такое немаловажное направление развития компьютерной архитектуры, как машины потоков данных

. В 80-х годах предполагалось, что перспектива высокой производительности ЭВМ напрямую связана с управляемым потоком данных компьютера, в котором эти потоки способны исполнять несколько команд, притом, что рассматриваемые выше виды архитектуры ЭВМ имеют вычислительные системы, управляющиеся поками команд. В современном производстве прижились лишь немногие элементы этого подхода, применяемых в микропроцессорах, содержащих множество синхронно действующих функциональных устройств, ожидающих готовности операндов.

История развития эвм

Компью́тер (англ. computer — «вычислитель»), ЭВМ (электронная вычислительная машина) — машина для проведения вычислений, а также приёма, переработки, хранения и выдачи информации по заранее определённому алгоритму (компьютерной программе).

На заре эры компьютеров считалось, что основная функция компьютера — вычисление. Однако в настоящее время полагают, что основная их функция — управление.

История создания средств цифровой вычислительной техники уходит в глубь веков. Она увлекательна и поучительна, с нею связаны имена выдающихся ученых мира.

В дневниках гениального итальянца Леонардо да Винчи (1452-1519) уже в наше время был обнаружен ряд рисунков, которые оказались эскизным наброском суммирующей вычислительной машины на зубчатых колесах, способной складывать 13-разрядные десятичные числа. Специалисты известной американской фирмы IBM воспроизвели машину в металле и убедились в полной состоятельности идеи ученого. В те далекие годы гениальный ученый был, вероятно, единственным на Земле человеком, который понял необходимость создания устройств для облегчения труда при выполнении вычислений.

1623 г. Через сто с лишним лет после смерти Леонардо да Винчи нашелся другой европеец – немецкий ученый Вильгельм Шиккард (1592-1636), не читавший, естественно, дневников великого итальянца, – который предложил свое решение этой задачи. Причиной, побудившей Шиккарда разработать счетную машину для суммирования и умножения шестиразрядных десятичных чисел, было его знакомство с польским астрономом И. Кеплером. Ознакомившись с работой великого астронома, связанной в основном с вычислениями, Шиккард загорелся идеей оказать ему помощь в нелегком труде. В письме на его имя, он приводит рисунок машины и рассказывает, как она устроена. К сожалению, данных о дальнейшей судьбе машины история не сохранила. По-видимому, ранняя смерть от чумы, охватившей Европу, помешала ученому выполнить его замысел.

Об изобретениях Леонардо да Винчи и Вильгельма Шиккарда стало известно лишь в наше время. Современникам они были неизвестны.

В 1641-1642 гг. девятнадцатилетний Блез Паскаль (1623-1662), тогда еще мало кому известный французский ученый, создает действующую суммирующую машину ("паскалину"). Вначале он сооружал ее с одной единственной целью – помочь отцу в расчетах, выполняемых при сборе налогов. В последующие четыре года им были созданы более совершенные образцы машины. Они строились на основе зубчатых колес, могли производить суммирование и вычитание десятичных чисел. Было создано примерно 50 образцов машин, Б. Паскаль получил королевскую привилегию на их производство, но практического применения "паскалины" не получили, хотя о них много говорилось и писалось.

В 1673 г. другой великий европеец, немецкий ученый Вильгельм Готфрид Лейбниц (1646-1716), создает счетную машину (арифметический прибор, по словам Лейбница) для сложения и умножения двенадцатиразрядных десятичных чисел. К зубчатым колесам он добавил ступенчатый валик, позволяющий осуществлять умножение и деление. "...Моя машина дает возможность совершать умножение и деление над огромными числами мгновенно, притом не прибегая к последовательному сложению и вычитанию", – писал В. Лейбниц одному из своих друзей. О машине Лейбница было известно в большинстве стран Европы.

Заслуги В. Лейбница, однако, не ограничиваются созданием "арифметического прибора". Начиная со студенческих лет и до конца жизни он занимался исследованием свойств двоичной системы счисления, ставшей в дальнейшем основной при создании компьютеров. Он придавал ей некий мистический смысл и считал, что на ее базе можно создать универсальный язык для объяснения явлений мира и использования во всех науках, в том числе в философии.

В 1799 г. во Франции Жозеф Мари Жакард (1752-1834) изобрел ткацкий станок, в котором для задания узора на ткани использовались перфокарты. Необходимые для этого исходные данные записывались в виде пробивок в соответствующих местах перфокарты. Так появилось первое примитивное устройство для запоминания и ввода программной (в данном случае управляющей ткацким процессом) информации.

1836-1848 г.г. Завершающий шаг в эволюции цифровых вычислительных устройств механического типа сделал английский ученый Чарльз Беббидж (1791-1871). Аналитическая машина, проект которой он разработал, явилась механическим прототипом появившихся спустя столетие ЭВМ. В ней предполагалось иметь те же, что и в ЭВМ, пять основных устройств: арифметическое, памяти, управления, ввода, вывода. Программа выполнения вычислений записывалась на перфокартах (пробивками), на них же записывались исходные данные и результаты вычислений.

Главной особенностью конструкции этой машины является программный принцип работы.

Принцип программы, хранимой в памяти компьютера, считается важнейшей идеей современной компьютерной архитектуры. Суть идеи заключается в том, что:

• программа вычислений вводится в память ЭВМ и хранится в ней наравне с исходными числами;

• команды, составляющие программу, представлены в числовом коде по форме ничем не отличающемся от чисел.

Программы вычислений на машине Беббиджа, составленные дочерью Байрона Адой Августой Лавлейс (1815-1852), поразительно схожи с программами, составленными впоследствии для первых ЭВМ. Замечательную женщину назвали первым программистом мира.

Несмотря на все старания Ч. Беббиджа и А. Лавлейс, машину построить не удалось... Современники, не видя конкретного результата, разочаровались в работе ученого. Он опередил свое время.

Непонятым оказался еще один выдающийся англичанин, живший в те же годы, – Джордж Буль (1815-1864). Разработанная им алгебра логики (алгебра Буля) нашла применение лишь в следующем веке, когда понадобился математический аппарат для проектирования схем ЭВМ, использующих двоичную систему счисления. "Соединил" математическую логику с двоичной системой счисления и электрическими цепями американский ученый Клод Шеннон в своей знаменитой диссертации (1936 г.).

Через 63 года после смерти Ч. Беббиджа нашелся "некто", взявший на себя задачу создать машину, подобную по принципу действия той, которой посвятил жизнь Ч. Беббидж. Им оказался немецкий студент Конрад Цузе (1910-1985). Работу по созданию машины он начал в 1934 г., за год до получения инженерного диплома. Конрад ничего не знал ни о машине Беббиджа, ни о работах Лейбница, ни об алгебре Буля, тем не менее, он оказался достойным наследником В. Лейбница и Дж. Буля, поскольку вернул к жизни уже забытую двоичную систему исчисления, а при расчете схем использовал нечто подобное булевой алгебре. В 1937г. машина Z1 (что означало "Цузе 1") была готова и заработала! Она была, подобно машине Беббиджа, чисто механической.

К. Цузе установил несколько вех в истории развития компьютеров: первым в мире использовал при построении вычислительной машины двоичную систему исчисления (1937 г.), создал первую в мире релейную вычислительную машину с программным управлением (1941 г.) и цифровую специализированную управляющую вычислительную машину (1943 г.).

Эти воистину блестящие достижения, однако, существенного влияния на развитие вычислительной техники в мире не оказали... Публикаций о них и какой-либо рекламы из-за секретности работ не было, и поэтому о них стало известно лишь спустя несколько лет после завершения Второй мировой войны.

По-другому развивались события в США. В 1944 г. ученый Гарвардского университета Говард Айкен (1900-1973) создает первую в США (тогда считалось первую в мире!) релейно-механическую цифровую вычислительную машину МАРК-1. В машине использовалась десятичная система счисления. Замечательным качеством машины была ее надежность. Установленная в Гарвардском университете, она проработала там 16 лет!

Вслед за МАРК-1 ученый создает еще три машины (МАРК-2, МАРК-3 и МАРК-4) – тоже с использованием реле, а не электронных ламп, объясняя это ненадежностью последних.

В отличие от работ Цузе, которые велись с соблюдением секретности, разработка МАРК1 проводилась открыто, и о создании необычной по тем временам машины быстро узнали во многих странах. Шутка ли, за день машина выполняла вычисления, на которые ранее тратилось полгода! Дочь К. Цузе, работавшая в военной разведке и находившаяся в то время в Норвергии, прислала отцу вырезку из газеты, сообщающую о грандиозном достижении американского ученого.

К. Цузе мог торжествовать. Он во многом опередил появившегося соперника. Позднее он направит ему письмо и скажет об этом.

В начале 1946 г. начала считать реальные задачи первая ламповая ЭВМ «ЭНИАК» (ENIAC), созданная под руководством физика Джона Мочли (1907-1986) при Пенсильванском университете. По размерам она была более впечатляющей, чем МАРК-1: 26 м в длину, 6 м в высоту, вес 35 тонн. Но поражали не размеры, а производительность – она в 1000 раз превышала производительность МАРК-1! Таков был результат использования электронных ламп!

В 1945 г., когда завершались работы по созданию ЭНИАК, и его создатели уже разрабатывали новый электронный цифровой компьютер ЭДВАК, в котором намеривались размещать программы в оперативной памяти, чтобы устранить основной недостаток ЭНИАКа – сложность ввода программ вычислений, к ним в качестве консультанта был направлен выдающийся математик, участник Матхеттенского проекта по созданию атомной бомбы Джон фон Нейман (1903-1957). В 1946 г. Нейманом, Голдстайном и Берксом (все трое работали в Принстонском институте перспективных исследований) был составлен отчет, который содержал развернутое и детальное описание принципов построения цифровых электронных вычислительных машин, которых и придерживаются до сих пор.