Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Кодирование информации и системы счисления. Учебное пособие
.pdf
11
Существуют некоторые виды информации, для которых до
сих пор не изобретено способов их кодирования и хранения —
это тактильная информация, передаваемая ощущениями, орга-
нолептическая, передаваемая запахами и вкусами, и другие виды,
для которых современная наука даже не нашла признанных всеми
терминов определения (например, экстрасенсорная информация).
Информация, представленная в виде, пригодном для обработки
(человеком, компьютером), называется данными.
1.2. СВОЙСТВА ИНФОРМАЦИИ
Информация характеризуется определенными свойствами,
зависящими как от данных (содержательной части информации), так и от методов работы с ними. Свойства информации
делятся на две группы: атрибутивные и потребительские.
Атрибутивные свойства — это свойства, которые отображают внутреннюю природу информации и особенности ее
использования. Наиболее важными из этих свойств являются
следующие:
– информация представляет новые сведения об окружаю-
щем мире, отсутствовавшие до ее получения;
– информация нематериальна, несмотря на то, что она про-
является в форме знаков и сигналов на материальных носителях;
– знаки и сигналы могут предоставить информацию толь-
ко для получателя, способного их воспринять и распознать;
– информация неотрывна от физического носителя, но в то
же время не связана ни с конкретным носителем, ни с конкретным языком;
– информация дискретна — она состоит из отдельных
фактических данных, передающихся в виде сообщений;
– информация непрерывна — она накапливается и разви-
вается поступательно.
Качество информации определяется ее свойствами, отвечающими потребностям пользователя. Рассмотрим наиболее
важные потребительские свойства информации.
Объективность информации. Информация объективна,
если она не зависит от методов ее фиксации, чьего-либо мнения
12
или суждения. Например, сообщение «На улице тепло» несет
субъективную информацию, а сообщение «На улице 22 °С» —
объективную, но с точностью, зависящей от погрешности средства измерения. Объективную информацию можно получить
с помощью измерительных приборов. Отражаясь в сознании
конкретного человека, информация перестает быть объективной, так как преобразовывается (в большей или меньшей степени) в зависимости от мнения, суждения, опыта, знаний конкретного субъекта.
Полнота (достаточность) информации — свойство ин-
формации исчерпывающе (для данного потребителя) характеризовать отображаемый объект или процесс. Под полнотой информации понимают ее достаточность для понимания и принятия решений.
Достоверность информации. Информация достоверна,
если она отражает истинное положение дел. Объективная информация всегда достоверна, но достоверная информация может
быть как объективной, так и субъективной. Недостоверной информация может быть по следующим причинам:
– преднамеренное искажение (дезинформация) или не-
преднамеренное искажение субъективного свойства;
– искажение в результате воздействия помех и недоста-
точно точных средств измерений.
Свойство достоверности информации имеет важное значение в тех случаях, когда ее используют для принятия решений.
Адекватность информации характеризует степень соответствия информации, полученной потребителем, тому, что автор вложил в ее содержание. Адекватность информации иногда
путают с ее достоверностью. Это разные свойства. Можно привести пример адекватной, но недостоверной информации. Так,
если 1 апреля в газете появится заведомо ложное сообщение, то
его можно считать адекватным. Адекватно толковать его не как
информационное, а как развлекательное. То же сообщение, опубликованное 2 апреля, будет и недостоверным, и неадекватным.
Доступность информации — свойство информации, харак-
теризующее возможность ее получения данным потребителем.
13
Актуальность информации — степень соответствия ин-
формации текущему моменту времени, способность информации
соответствовать нуждам потребителя в нужный момент времени.
Точность информации — характеризует степень близости
получаемой информации к реальному состоянию объекта, процесса, явления.
Полезность (ценность) информации. Самая ценная информация — объективная, достоверная, полная и актуальная. При этом
следует учитывать, что и необъективная, недостоверная информация (например, художественная литература), имеет большую значимость для человека. Нередко с актуальностью, как и с полнотой,
связывают коммерческую ценность информации. Поскольку информационные процессы растянуты во времени, то достоверная
и адекватная, но устаревшая, несвоевременно полученная информация может приводить к ошибочным решениям.
Старение информации заключается в уменьшении ее ценности с течением времени. «Старит» информацию появление
новой информации, которая уточняет, дополняет или отвергает
полностью или частично более раннюю. Научно-техническая
информация стареет быстрее, эстетическая (например, произведения искусства) — медленнее.
Информация и ее свойства являются объектом исследования целого ряда научных дисциплин, таких как теория информации, кибернетика (наука об общих закономерностях процессов управления и связи в организованных системах — в машинах, живых организмах, в обществе), семиотика (наука о знаках
и знаковых системах), теория массовой коммуникации и др.
1.3. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ
С течением времени сведения могут изменяться и, следовательно, информацию нужно рассматривать как динамическую
характеристику объекта изучения. Так появилось понятие информационного процесса — процесса изменения информации
во времени и пространстве.
Информационный процесс — это процесс создания, сбора
(получения), обработки, накопления, хранения, поиска, распро-
14
странения (передачи) и защиты информации. Рассмотрим основные типы информационных процессов.
Получение информации — это сбор сведений из каких-
либо источников (извлечение данных из хранилища/источника
данных, наблюдение за событиями и явлениями, общение, СМИ
и масс-медиа). Получение информации основано на отражении
различных свойств процессов, объектов и явлений окружающей
среды. Этот процесс выражается в восприятии с помощью органов чувств. Для улучшения восприятия информации человек придумал различные индивидуальные приспособления и приборы —
очки, бинокль, микроскоп, стетоскоп, различные датчики и т. п.
Хранение информации. Хранение информации имеет большое значение для многократного использования информации и передачи информации во времени. Для долговременного хранения
используются книги, в настоящее время — компьютерные носители, устройства внешней памяти и др. Информация чаще всего
хранится для неоднократной дальнейшей работы с ней. В этом
случае для ускорения поиска информация должна быть как-то
упорядочена. В библиотеках для этого предназначены картотеки, при хранении данных с использованием компьютера — размещение информации в определенных папках, в более сложных
случаях — базы данных, информационно-поисковые системы и т. д.
Обработка информации подразумевает преобразование
информации к виду, отличному от исходной формы или содержания. Процесс изменения информации может включать в себя,
например, такие действия, как численные расчеты, редактирование, упорядочивание, обобщение, систематизацию и т. д. Результаты обработки информации в дальнейшем используются
в тех или иных целях, например получение новой информации
из уже известной путем логических рассуждений или математических вычислений (решение геометрической задачи); изменение формы представления информации без изменения ее содержания (перевод текста с одного языка на другой); упорядочение
(сортировка) информации (например, упорядочение расписания
движения поездов по времени их отправления).
Передача информации необходима для ее распространения. Основными устройствами для быстрой передачи информации на большие расстояния в настоящее время являются теле-
15
граф, радио, телефон, телевизионный передатчик, телекоммуникационные сети на базе вычислительных систем. Такие средства
связи принято называть каналами передачи информации. Следует отметить, что в процессе передачи информации она может
искажаться или теряться. Это происходит в тех случаях, когда
информационные каналы плохого качества или на линии связи
присутствуют помехи.
Передача информации — это всегда двусторонний процесс. В процессе передачи информации обязательно участвуют
источник и приемник информации (рис. 1.2). В качестве источника информации могут выступать человек, техническое
устройство, предметы, объекты неживой и живой природы. Получателей сообщений может быть несколько или один. Между
источником и приемником действует канал передачи информации — канал связи (совокупность устройств, обеспечивающих
передачу информации от источника к получателю).
Рис. 1.2. Схема передачи информации
Информация, предназначенная для передачи, называется
сообщением. Сообщение может быть представлено в виде знаков
и символов, преобразовано и закодировано с помощью сигналов.
В зависимости от особенностей изменения параметра сигнала с течением времени выделяют два типа сигналов: непрерывные и дискретные (рис. 1.3).
В случае, когда параметр сигнала принимает конечное
число значений во времени, сигнал называется дискретным,
а сообщение, передаваемое с помощью таких сигналов — дискретным сообщением. В этом случае информация, передаваемая
источником, также называется дискретной.
Если параметром сигнала является непрерывная функция
от времени, и источник вырабатывает непрерывное сообщение,
то соответствующая информация называется непрерывной.
16
а) б)
Рис. 1.3. Непрерывный и дискретный сигналы:
а — непрерывный; б — дискретный
Примером дискретного сообщения является текст книги,
информация в которой представлена в виде дискретных отдельных значков (букв или цифр). Человеческая речь, передаваемая
модулированной звуковой волной, служит примером непрерывного сообщения; параметр сигнала в данном случае давление,
создаваемое этой волной в точке нахождения приемника (человеческом ухе)2.
Отметим, что одна и та же информация может быть представлена в виде непрерывных и дискретных сообщений. Например, речь, которую мы слышим, можно записать в аналоговом
(непрерывном) виде с помощью магнитофона, а можно и законспектировать посредством дискретного набора букв. Некоторые
бытовые приборы могут иметь как аналоговую, так и цифровую
конструкцию. К примеру, тонометр — прибор для измерения
кровяного давления.
C появлением компьютеров возникла необходимость кодирования всех видов информации. Современный персональный
компьютер может обрабатывать только цифровую (дискретную)
информацию. Непрерывная (аналоговая) информация (например,
звуки, изображения, показания аналоговых приборов и т. д.) для
обработки на компьютере должна быть преобразована в дискретную форму. Этот процесс называется дискретизацией.
2
См.: Информация. Понятие обработки информации: канал связи, сигнал, дискретные и непрерывные сообщения // Информатика экзамен 1 курс: сайт. URL: http://informatikaekzamen1kurs.blogspot.com/2013/06/blog-post_3033.html (дата обращения: 29.03.2022).
17
Защита информации необходима для предотвращения ее
потери, искажения, умышленного уничтожения и незаконного
использования. Существуют различные способы защиты информации. Например, может быть организована техническая
защита каналов связи, по которым передается информация, дублирование блоков информации или защита информационных
хранилищ от несанкционированного доступа с помощью пароля.
К информационным процессам также можно отнести сбор,
отбор, преобразование, расшифровку, размещение, структурирование, анализ, сравнение и др.
Все информационные процессы взаимосвязаны между собой. Например, защита информации может осуществляться с помощью процесса кодирования, а кодирование информации невозможно без процесса обработки. Обработка информации является важной частью процесса поиска, а поиск информации
подразумевает процесс передачи. Передача информации невозможна без хранения, а хранение информации дает возможность
ее получения. Каждый информационный процесс, в том числе
хранение, обработка и передача информации, является не одним
действием, а совокупной последовательностью действий.
1.4. ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕВОЛЮЦИИ
Для более эффективного участия в информационных процессах человек создавал и создает различные устройства, которые помогают ему воспринимать, преобразовывать, хранить и использовать информацию. Этапы появления средств и методов обработки информации, вызвавших кардинальные изменения в обществе, определяются как информационные революции. В истории развития цивилизации произошло несколько информационных революций.
Первая информационная революция связана с изобретением письменности, что привело к гигантскому качественному
и количественному скачку. Появилась возможность передачи
знаний от поколения к поколению.
«Письменность появилась около пяти тысяч лет назад в Месопотамии и Египте, затем (независимо, но несколько тысяч лет
спустя) — в Китае и еще на 1 500 лет позднее — в Центральной
18
Америке у индейцев племени майя. Ее ранние примеры — глиняные дощечки с клинописью жителей Вавилона — представляют собой деловые расписки и правительственные документы,
летописи или описания методов земледелия.
До изобретения письменности идеи могли передаваться
только устно. Помимо прочего, это означало, что пока вы лично
не встретитесь с конкретным человеком, которому принадлежат
новая концепция или открытие, о его работе вы, в лучшем случае, узнаете из вторых рук, и поэтому ваши знания могут оказаться неточными. Хотя устные традиции человечества, несомненно, богаты, таким путем информацию никогда не удавалось
распространить достаточно быстро, широко и точно. Изобретение письменности стало ключевым элементом экономической
базы древней цивилизации»
3
.
С точки зрения информатики, значение первой революции
можно оценить как появление средств и методов накопления
информации.
Вторая информационная революция (середина XVI в.)
вызвана изобретением книгопечатания, которое радикально изменило индустриальное общество, культуру, организацию деятельности.
«Немец Иоганн Гуттенберг (1399–1468 гг.) между 1450
и 1455 гг. изобрел печатный пресс и наборный шрифт. Орнамент и иллюстрации воспроизводили сначала ксилографией
(гравюра на дереве), появившейся еще раньше книгопечатания.
Хотя печатное дело впервые возникло в XI в. в Китае, именно
печатный станок Гуттенберга и примененный им метод съемных
шрифтов способствовали его распространению.
На момент изобретения печатного пресса Гуттенбергом
в Европе существовала мощная информационная индустрия.
В многочисленных монастырях жили сотни хорошо обученных
монахов. Каждый из них трудился от рассвета до заката шесть
дней в неделю, переписывая книги от руки. Умелый, хорошо
подготовленный монах мог переписать четыре страницы в день,
3
Информационные революции // Сайт Валерия Семенова. Информационный ре-
сурс для родных, друзей и студентов: сайт. URL: https://vshot.ru/it-ebook/b02.html (дата
обращения: 29.03.2022).
19
или 25 страниц за шестидневную рабочую неделю; ежегодная
производительность, таким образом, составляла 1 200–1 300 рукописных страниц.
К 1505 г. тиражи книг в 500 экземпляров стали массовым явлением. Это означало, что группа печатников могла
выпускать по 25 млн печатных страниц в год, переплетенных
в 125 000 готовых к продаже книг — 2 500 000 страниц на одного работника против 1 200–1 300, которые мог изготовить монах-переписчик всего за 50 лет до этого.
В середине XV в. книги были роскошью, которую могли
себе позволить только очень богатые и образованные люди. Но
когда в 1522 г. из печати вышла немецкая Библия Мартина Лютера (свыше 1 000 страниц), цена ее была настолько невысокой,
что даже бедная крестьянская семья могла ее приобрести.
За очень незначительное время революция в книгопечатании изменила институты общества, включая и систему образования. Книгопечатание сделало возможной протестантскую Реформацию. Но не только ее. Именно печатный станок принес с собой массовое производство и стандартизацию процесса обработки информации, проложившие дорогу промышленной революции. В последовавшие за ней десятилетия по всей Европе были созданы новые университеты, но, в отличие от ранее существовавших, где основное внимание уделялось теологии, здесь
преподавали светские дисциплины: право, медицину, математику, натуральную философию (естественные науки)»
4
.
С точки зрения информатики, значение второй революции
состоит в том, что она выдвинула качественно новый способ
хранения информации.
Третья информационная революция (конец XIX в.) обу-
словлена изобретением электричества, благодаря которому появились телеграф, радио, телефон, что позволило оперативно передавать информацию в любом объеме.
«В 1855 г. английский изобретатель Д. Э. Юз (1831–1900 гг.)
разработал буквопечатающий аппарат — телеграф, нашедший
4
Информационные революции // Сайт Валерия Семенова. Информационный ре-
сурс для родных, друзей и студентов: сайт. URL: https://vshot.ru/it-ebook/b02.html (дата
обращения: 29.03.2022).
20
широкое распространение. Опытный телеграфист на аппарате
Юза мог передать до 40 слов в минуту. Быстрый рост телеграфного обмена и увеличение производительности телеграфных
аппаратов натолкнулись на ограниченные возможности телеграфистов, способных достичь скорости передачи при длительной работе только до 240–300 букв в минуту.
В 1870 г. в России существовало 90,6 тыс. км телеграфных
проводов и 714 телеграфных станций. В 1871 г. была закончена
постройка длиннейшей на то время линии между Москвой и Владивостоком. К началу XX в. протяженность телеграфных линий
в России составляла 300 тыс. км.
Совершенствование техники и технологии изготовления
кабелей, повышение их качества и износостойкости позволяло
строить подземные телеграфные линии. С 1877 по 1881 г. в Германии, например, было проведено 20 подземных линий общей
протяженностью около 5,5 тыс. км. В конце XIX в. в Европе было протянуто 2 840 тыс. км кабеля, а в США — свыше 4 млн км.
Общая протяженность телеграфных линий в мире в начале XX в.
составила около 8 млн км.
Наряду с совершенствованием проволочного телеграфа,
в последней четверти XIX в. появился телефон. Телефонный ап-
парат И. Ф. Рейса, сконструированный в начале 60-х гг. XIX в.,
не получил практического применения.
Дальнейшая разработка телефона связана с именами американских изобретателей И. Грея (1835–1901 гг.) и А. Г. Белла
(1847–1922 гг.). Участвуя в конкурсе по практическому разрешению проблемы уплотнения телеграфных цепей, они обнаружили эффект телефонирования. 14 февраля 1876 г. оба американца сделали заявку на практически применимые телефонные
аппараты. Поскольку заявка Грея была сделана на два часа позже, патент был выдан Беллу, а возбужденный Греем процесс
против Белла был им проигран.
Когда в 1887 г. своими экспериментами немецкий физик
Г. Р. Герц (1857–1894 гг.) доказал справедливость гипотезы
Дж. К. Максвелла (1831–1879 гг.) о существовании электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света (называемых теперь радиоволнами), многие изобретатели в разных странах занялись вопросом использования этих волн для беспрово-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]