Курс лекций информатика

2.4.Оценка количества информации

Одной из задач информатики является решение проблемы измерения информации, представленной в электронной форме. Элементарной единицей представления данных в этом случае является двоичный разряд (бит), являющийся наименьшей порцией информации.

Винформатике для измерения информации принято использовать величину, называемую байтом (byte) и равную 8 битам. И если бит позволяет выбрать один вариант из двух возможных, то байт, соответственно, 1 из 256 (28). Поскольку одним байтом может быть закодирован один символ текстовой информации, то байт считают наименьшей единицей измерения ее количества. Для текстовых документов размер в байтах, как правило, соответствует лексическому объему в символах (исключением является кодировка UNICODE).

Более крупная единица измерения информации – килобайт (Кбайт). 1 Кбайт = 210байт = 1024 байт.

Вкилобайтах измеряют сравнительно небольшие объемы данных. Для измерения данных больших объемов используются более крупные единицы измерения (Таблица 1).

Таблица 1- Единицы измерения информации

измерения как Экзабайт (260), Зеттабайт (270), Йоттабайт (280).

2.5.Информационная система: понятие, структура и состав

Функции хранения, обработки и передачи информации в процессе

32

человеческой деятельности реализуются в виде информационных технологий. Уровень технологии определяется как уровнем развития технических средств механизации и автоматизации информационных процедур, так и методов организации информационных процессов. Совокупность средств и методов реализации информационных технологий принято называть информационной системой (ИС).

Бурное развитие компьютерной техники привело к тому, что все большее распространение стали получать информационные системы, базирующиеся на использовании персональных компьютеров, которые являются основными техническими средствами хранения и обработки информации. Такие информационные системы принято называть человекомашинными (человеко-компьютерными) системами, т.к. они функционируют при непосредственном участии человека для реализации целого ряда информационных процедур.

ИС состоит из отдельных взаимосвязанных элементов. Совокупность элементов и отношений между ними определяет структуру ИС. Характеризуя различные аспекты функционирования информационных систем, наиболее часто рассматривают функциональную и обеспечивающую структуры

Функциональная структура отражает содержательную сторону ИС и специфику ее назначения, т.е. определяет способы реализации отдельных информационных процедур и информационного процесса в целом. В данном контексте в составе ИС можно выделить подсистемы: сбора и первичной обработки, ввода и кодирования, хранения и обработки, передачи информации.

Обеспечивающая структура описывает состав ресурсов,

необходимых для функционирования ИС. Данная структура представляется в виде совокупности организационного, технического, информационного, математического, программного и правового обеспечения.

Техническое обеспечение представляет собой комплекс технических

33

средств, предназначенных для реализации информационных процедур. Информационное обеспечение включает совокупность проектных

решений по содержанию, объемам, размещению и формам организации информации, циркулирующей в информационной системе.

Математическое и программное обеспечение — совокупность математических методов, моделей, алгоритмов, программ, технической документации для реализации целей и задач информационной системы, а также нормального функционирования комплекса технических средств.

Организационное обеспечение - это совокупность методов и средств, определяющих взаимодействие персонала с техническими средствами и между собой в процессе разработки и эксплуатации информационной системы.

Правовое обеспечение представляет собой совокупность правовых норм, регламентирующих правоотношения при создании, внедрении и функционировании информационной системы.

2.6.Характеристика информационных процедур

Стержнем любой информационной технологии является выбор и реализация наиболее рационального информационного процесса, который можно определить как совокупность процедур по преобразованию и обработке информации.

Всвою очередь, информационной процедурой принято считать совокупность однородных операций, воздействующих определенным образом на информацию.

Всвою очередь, операция - это взаимосвязанная совокупность действий, выполняемых над информацией на одном рабочем месте в процессе ее преобразования для достижения общей цели информационного процесса.

По роли в информационном процессе различают рабочие и контрольные операции. Рабочие операции обеспечивают получение

34

конечного результата, а контрольные - надежность рабочих. По степени механизации и автоматизации операции подразделяют на:

ручные;

механизированные – предполагают использование технических средств, но преимущественно выполняются человеком;

автоматизированные - в большей степени выполняются техническими средствами, но предполагается и участие человека;

автоматические - без участия человека.

Операции обычно выполняются целыми совокупностями, образуя процедуры. Основными информационными процедурами являются: сбор и регистрация информации, передача ее к месту обработки, кодирование, хранение и поиск, вычислительная (арифметическая и логическая) обработка, получение выходной информации, ее передача и использование,

т.е. принятие решений. Во всех процедурах выполняется максимум контрольных операций для достижения достоверности и полноты преобразования информации.

По отношению к процедурам обработки и хранения различают следующие виды экономической информации: первичную, входную,

справочную (хранимую без обработки), промежуточную и выходную.

Информацию, поступающую в информационную систему, называют входной. Первичная информация возникает в процессе первичного учета хозяйственных операций (измерение и регистрация данных) в ходе производственной деятельности объекта управления (предприятия, фирмы, хозяйства и пр.). Информационная система, обрабатывая входные данные, порождает новую – промежуточную информацию. Передаваемая после обработки за пределы данной информационной системы информация называется выходной.

Чаще информация подвергается всем процедурам преобразования, но в ряде случаев некоторые процедуры могут отсутствовать. Последовательность их выполнения также бывает различной, но при этом некоторые процедуры могут повторяться. Состав процедур

35

преобразования и особенности их выполнения во многом зависят от экономического объекта, ведущего автоматизированную обработку информации.

Регистрация и сбор информации происходят по-разному в различных экономических объектах. Наиболее сложна эта процедура там, где производится сбор и регистрация первичной учетной информации, отражающей производственно-хозяйственную деятельность объекта.

Особое значение при этом придается достоверности, полноте и своевременности первичной информации. На предприятии, в хозяйстве сбор и регистрация информации происходят при выполнении различных хозяйственных операций (получение и отпуск материалов, прием продукции и т.п.). Сначала информацию собирают, затем ее фиксируют. Учетные данные могут возникать на рабочих местах в результате подсчета количества обработанных единиц продукции, выявления брака и т.д. Для сбора фактической информации производятся измерение, подсчет, взвешивание материальных объектов, получение временных и количественных характеристик работы отдельных исполнителей. Кроме того, информация приводится к определенному виду и формату, например, приводится к единой системе единиц. Сбор информации, как правило, сопровождается ее регистрацией, т.е. фиксацией информации на материальном носителе (первичном документе или машинном носителе). Запись в первичные документы (специальные бланки или таблицы принятой формы) в основном осуществляется вручную, поэтому процедуры сбора и регистрации остаются пока наиболее трудоемкими. В условиях автоматизации особое внимание придается использованию технических средств сбора и регистрации информации, совмещающих операции количественного измерения, регистрации, накопления и передачи информации по каналам связи в ЭВМ с целью формирования первичного документа.

Необходимость процедуры передачи информации вызвана тем, что сбор и регистрация информации часто территориально удалены от ее

36

обработки.

Передача информации может осуществляться различными способами: с помощью курьера, пересылка по почте, доставка транспортными средствами, дистанционная передача по каналам связи. Дистанционная передача по каналам связи существенно сокращает время передачи данных. Для ее осуществления необходимы специальные технические средства. Некоторые технические средства сбора и регистрации, собирая автоматически информацию с датчиков, установленных на рабочих местах, передают ее в ЭВМ. Доставка данных производится по заданному адресу с использованием сетей передачи данных.

Дистанционно может передаваться как первичная информация с мест ее возникновения, так и выходная в обратном направлении. В этом случае выходная информация отражается на различных устройствах: мониторах, печатающих устройствах.

Под машинным кодированием понимается процедура представления (записи) информации на машинные носители в кодах, принятых в ЭВМ. Такое кодирование информации осуществляется путем переноса данных первичных документов на магнитные диски и другие носители, информация с которых затем вводится в ЭВМ для обработки.

Запись информации на машинные носители – трудоемкая операция, в процессе которой возникает наибольшее количество ошибок. Поэтому обязательно выполняются операции контроля записи.

Обработка информации на ЭВМ начинается при полной готовности всех устройств. Оператор или пользователь руководствуется специальной инструкцией по эксплуатации технических средств и программного обеспечения.

В начале работы в ЭВМ загружаются программа и информационные массивы. При обработке информации выполняются арифметические и логические операции. Арифметические операции включают все виды математических действий, обусловленные программой. Логические

37

операции обеспечивают соответствующее упорядочивание данных в массивах, подлежащих дальнейшей математической обработке. В ходе решения задач, в соответствии с программой, формируется выходная информация, которая при необходимости выводится на печать.

Процедура хранения и накопления обусловлена многократным использованием информации (справочной, промежуточной, выходной) для решения различных задач. Хранение информации осуществляется на машинных носителях в виде информационных массивов.

Процедура поиска информации подразумевает выборку необходимых данных из хранимых информационных массивов.

2.7.Современные направления применения ЭВМ

Компьютеры в эксперименте. Современный эксперимент характеризуется большим количеством измеряемых параметров, что делает актуальным использование компьютера для управления ходом эксперимента, регистрации и обработки результатов измерения и представления полученных данных в удобном для экспериментатора виде. Многие современные цифровые приборы (осциллографы, синтезаторы, частотные анализаторы, спектрометры и т.д.) имеют специальный выходной интерфейс для стыковки с компьютером.

Инженерные и научные расчеты. Необходимость различного рода расчетов возникает практически в любом виде инженерной деятельности, тем более при проведении научных исследований и разработок. В ряде случаев математическая модель процесса или явления описывается сложной системой дифференциальных или интегро-дифференциальных уравнений. При их решении прибегают к численному решению с применением и разработкой специальных алгоритмов и методов. Практическая реализация этих методов осуществляется с использованием алгоритмических языков высокого уровня типа FORTRAN, Pascal, C++ и требует высокой квалификации разработчика. Однако существуют специализированные математические пакеты, позволяющие решать очень

38

многие задачи в короткие сроки и без углубления в численные методы. Их интерфейс прост и максимально понятен. Например, в пакете MathCAD пользователь просто записывает формулы и уравнения, выбирая шаблоны из меню, а затем дает команду обсчитать формулу или найти решения дифференциального или алгебраического уравнения, после чего можно построить график полученной зависимости.

Геодезия и картография. Компьютер может применяться как для составления карт при обработке результатов аэрофотосъемки и геодезических измерений, так и при использовании полученных карт. Компьютерные карты являются, по сути, графическими векторными базами данных, снабженными текстовой информацией. Пользователь может изменять масштаб карты и количество дополнительной информации, предоставляемой программой. Такие программные продукты называются ГеоИнформационными Системами (ГИС). ГИС находят широкое применение в строительстве, сельском хозяйстве, при строительстве дорог, в нефтяной и газовой промышленности, военном деле.

Компьютер в архитектуре. Применение компьютеров позволяет автоматизировать процесс подготовки чертежей, упростить и автоматизировать рутинную работу по составлению поэтажных планов здания с указанием коммуникационных разводок. Программы позволяют проектировать как коттеджи, так и целые микрорайоны и города. Трехмерные изображения внешнего и внутреннего вида объекта могут рассматриваться из любой точки пространства как внутри, так и снаружи здания, под любым желаемым углом зрения с расчетом освещения. Программа может подготовить небольшой компьютерный видеофильм, показывающий еще не существующее здание с различных сторон, с различных расстояний и в движении. Применение технологии виртуальной реальности позволяет устроить «экскурсию» по зданию. Для дизайнерской проработки предоставлена возможность практически мгновенно менять варианты окраски наружных стен и применяемых отделочных материалов.

39

Системы навигации. Задача определения точного местонахождения возникает во многих ситуациях. Это нужно геологам в тайге, морякам, полярникам, путешественникам, летчикам, военным. Обычно для этого применяется компас и карта, в море — секстант. Однако не всегда по карте можно точно привязаться к местности (особенно ночью), а точность ориентировки по звездам не очень высока (особенно днем). Развитие космической и компьютерной техники позволяет применить новые современные системы в навигации. Системы включают сеть спутников, находящихся на геоцентрических орбитах (на высоте около 200 км от поверхности Земли). Спутники оснащены синхронизированными атомными часами высокой точности (с относительной нестабильностью порядка 10-14), координаты спутников известны. Из одной точки на поверхности Земли можно одновременно видеть несколько спутников. Специальный приемник, который может подключаться к компьютеру, принимает радиосигналы со спутников и по времени относительной задержки и на основании данных о спутниках определяет с высокой точностью свои координаты, привязанные к географической сетке. Одной из распространенных систем является комплекс GPS (General Position System). Для надежной работы приемник должен одновременно «видеть» не менее трех спутников. Типичная точность таких измерений — около 30 м. Более точные комплекты GPS-систем включают в измерения наземные реперные станции и обеспечивают точность позиционирования менее 10 см.

Подготовка военных специалистов. Компьютеры применяются как различные тренажеры для подготовки летчиков, водителей боевых машин, операторов пусковых установок и зенитных комплексов и т.д. Использование систем виртуальной реальности позволяет максимально приблизить занятия к натурным тренировкам. Компьютерная техника выводит на новый уровень разработку систем вооружения. В условиях современного боя (наземного, воздушного, морского) необходимо определить местоположение целей, их характер, тип, оптимальные

40

средства для поражения, произвести наводку оружия и дать команду на исполнение. ГИС, совмещенная с навигационными средствами, позволяет пилоту самолета или водителю движущегося средства всегда точно определить свое положение с привязкой к карте, изображенной на экране компьютера.

Компьютерные технологии применяются для обеспечения оперативной мобильной связи между различными подразделениями, обеспечивая криптозащиту передаваемой информации.

Системы связи, базы данных, программы распознавания находят широкое применение в задачах обеспечения внутренней безопасности –

для слежения за ситуацией на дороге, передачи оперативной информации, получения сведений по картотеке, дактилоскопических данных и т.д.

Медицина невозможна без накопления и использования данных. Справочная литература порой труднодоступна и объемна, однако компьютерные технологии позволяют облегчить и ускорить поиск необходимой информации. Полезной базой данных локального характера может стать база учета пациентов, что ассоциируется с понятием «регистратура». Здесь могут храниться все истории болезней, результаты анализов, электрокардиограммы, рентгенограммы и прочая информация, которая может быть доступна врачу в любой момент без постороннего участия.

Медицинская аппаратура. В распоряжении современного медика находится разнообразное оборудование снабженное компьютерами, что позволяет видеть больного буквально «насквозь». Это и томографическая аппаратура, ультразвуковая интроскопия, рентгеновская техника, ангиография, электрокардиография, электроэнцефалография, реография и еще множество других средств.

Банковские системы представляют собой базы данных, доступ к которым возможен для очень большого количества пользователей. Системы банковских данных должны быть устойчивы к разрушению и иметь высокую производительность. Программы должны работать в

41