1.3. Единицы измерения количества информации

Для количественного выражения любой величины необходимо определить единицу измерения. Так, для измерения длины в качестве единицы выбран метр, для измерения массы - килограмм и так далее. Аналогично, для определения количества информации необходимо ввести единицу измерения.

За единицу количества информации принимается такое количество информации, которое содержит сообщение, уменьшающее неопределенность в два раза. Такая единица названа "бит".

Если вернуться к опыту с бросанием монеты, то здесь неопределенность как раз уменьшается в два раза и, следовательно, полученное количество информации равно 1 биту.

Минимальной единицей измерения количества информации является бит, а следующей по величине единицей является байт, причем

1 байт = 2³ бит = 8 бит

В информатике система образования кратных единиц измерения количества информации несколько отличается от принятых в большинстве наук. Традиционные метрические системы единиц, например Международная система единиц СИ, в качестве множителей кратных единиц используют коэффициент 10n, где п = 3, 6, 9 и так далее, что соответствует десятичным приставкам Кило (10³), Мега (10⁶), Гига (10⁹) и так далее.

Компьютер оперирует числами не в десятичной, а в двоичной системе счисления, поэтому в кратных единицах измерения количества информации используется коэффициент 2ⁿ.

Так, кратные байту единицы измерения количества информации вводятся следующим образом:

1 Кбайт = 2¹⁰ байт = 1024 байт; 1 Мбайт = 2¹⁰ Кбайт = 1024 Кбайт; 1 Гбайт = 2¹⁰ Мбайт = 1024 Мбайт.

Количество возможных событий и количество информации. Существует формула, которая связывает между собой количество возможных событий N и количество информации I:

N=2I

По этой формуле можно легко определить количество возможных событий, если известно количество информации. Например, если мы получили 4 бита информации, то количество возможных событий составляло:

N = 2⁴ = 16.

Наоборот, для определения количества информации, если известно количество событий, необходимо решить показательное уравнение относительно /. Например, в игре "Крестики-нолики" на поле 8x8 перед первым ходом существует 64 возможных события (64 различных варианта расположения "крестика"), тогда уравнение принимает вид:

64 = 2^I.

Так как 64 = 2⁶, то получим:

2⁶ = 2^I.

Таким образом, I = 6 битов, то есть количество информации, полученное вторым игроком после первого хода первого игрока, составляет 6 битов.

2. Технические средства реализации информационных процессов

2.1. Поколения вычислительных машин

Первая ЭВМ, под названием ENIAC (ElectronicNumericalIntegratorandComputer – электронно-цифровой интегратор и вычислитель) заработала в 1945 г. Создавалась машина инженерами Маучли и Эккертом при Пенсильванском университете (США) в обстановке глубокой секретности, и только после окончания войны в 1946 г. впервые состоялась публичная демонстрация ЭВМ. Она состояла из 18000 электровакуумных ламп, 1500 реле и 6000 многоканальных переключателей. ENIAC весил 30 тонн и потреблял 140 киловатт в час электроэнергии. У машины было 20 регистров, каждый из которых мог содержать 10 разрядное десятичное число. За секунду ENIAC выполняла 5000 операций сложения или 300 умножения.

В последующий период до 1955 г. происходило становление вычислительной техники. В это время определились основные принципы построения ЭВМ. Затем с периодичностью 5-7 лет происходил переход к ЭВМ принципиально новых типов, использующих более совершенную элементную базу, имеющих новую структуру, расширяющую их возможности и обеспечивающую большие удобства при работе с ними человека. В связи с этим появилось понятие поколение ЭВМ.

ЭВМ первого поколения(середина 40-х - начало 50-х годов) отличались большими габаритами, большим потреблениемэнергии, малым быстродействием, низкой надежностью, программированием в кодах. Строились они на дискретных компонентах (реле, переключатели) с использованием электровакуумных приборов, внутренниезапоминающие устройства (ЗУ) в них создавались на ультразвуковых линиях задержки и электронно-лучевых трубках. Отметим дополнительные черты:

• устройства ввода-вывода: бумажная перфолента, перфокарты, магнитная лента, и печатающие устройства;

• внешняя память: магнитный барабан, перфоленты, перфокарты.

Ориентировались машины в основном на решение научно-технических задач, для которых характерны относительно небольшие объемы исходных данных и результатов решения.

В ЭВМ второго поколения(конец 50-х – середина 60-х годов) в качестве элементной базы применялись дискретные компоненты и полупроводниковые приборы (транзисторы и диоды). Монтаж элементов осуществлялся с использованием печатных плат, внутренние ЗУ выполнялись на тороидальных ферритовых сердечниках. Все это повысило быстродействие и надежность машин. В ЭВМ второго поколения обеспечивалась возможность обмена данными между ЭВМ и большим числом внешних устройств. Программирование производилось в машинных кодах и на первых языках программирования высокого уровня (FORTRAN, ALGOL). Дополнительные характеристики:

• внешняя память: магнитный барабан, перфоленты, перфокарты;

• появление мониторов и первых операционных систем.

ЭВМ стали успешно применяться и для решения экономических задач.

В ЭВМ третьего поколения(конец 60-х – начало 70-х годов) в качестве элементной базы используются интегральные схемы (ИС) или интегральные микросхемы. ИС представляют собой микросхему с полупроводниковым кристаллом, на котором размещены сотни и тысячи транзисторов, образующих какое-либо устройство. Внутренние ЗУ начали выполнять в виде полупроводниковой памяти, которая стала использоваться и в последующих поколениях персональных компьютеров. Благодаря этому ЭВМ третьего поколения по сравнению с ЭВМ второго поколения имеют меньшие габаритные размеры и потребляемую мощность, большие быстродействие и надежность. Кроме того, появились:

• мощные операционные системы;

• развитые системы программного обеспечения для числовых и текстовых приложений;

• возможность удаленного, коллективного доступа к ЭВМ.

ЭВМ третьего поколения широко стали применяться в самых разнообразных областях деятельности человека.

В ЭВМ четвертого поколения(середина 70-х – 80-е годы) в качестве элементной базы используются интегральные микросхемы высокой степени интеграции – большие интегральные схемы (БИС). В них на одном полупроводниковомкристалле создаются устройства, содержащие тысячи и десятки тысяч транзисторов. Компактность узлов при использовании БИС позволило строить ЭВМ с большим числом вычислительных устройств – процессоров (так называемые многопроцессорные вычислительные системы). Также можно отметить следующие характерные черты:

• запуск ЭВМ начал производиться с помощью системы самозагрузки из ПЗУ;

• появление еще более мощных ОС.

К настоящему времени созданы и развиваются ЭВМ пятого поколения. Эти ЭВМ обладают высокой производительностью, компактностью и низкой стоимостью (эти характеристики улучшаются в каждом следующем поколении ЭВМ). Основная особенность ЭВМ пятого поколения состоит в их высокой интеллектуальности, обеспечивающей возможность общения человека с ЭВМ на естественном языке, способности ЭВМ к обучению и т.д. Быстродействие ЭВМ пятого поколения достигает десятков миллиардов операций в секунду, они обладают памятью (ОЗУ) в сотни мегабайт и строятся на сверхбольших интегральных схемах (СБИС), на кристалле которых размещаются миллионы транзисторов.