Вопрос №1

Информатизация – это процесс создания и всеобщего применения информационных средств и технологий, обеспечивающих достижение и поддержание такого уровня информированности всех членов общества, какой необходим и достаточен для кардинального улучшения качества труда и условий жизни в обществе. При этом информация становится важнейшим ресурсом общества и занимает ключевое место в экономике, образовании и культуре.

Научным фундаментом процесса информатизации общества является учебный предмет информатика – техническая научная дисциплина о процессах сбора, хранения и переработки информации. Рассмотрим основные понятия информатики.

Сигналы и данные. Мы живем в материальном мире, состоящем из физических тел или полей, которые постоянно изменяются и взаимодействуют друг с другом. Эти взаимодействия сопровождаются обменом веществом и энергией. Каждый такой обмен имеет определённые внешние проявления, которые называются сигналом. Выработка сигналов сопровождаются появлением следов взаимодействий, в результате чего возникают определенные изменения свойств взаимодействующих объектов. Это явление называется регистрацией сигналов. Так образуются данные – зарегистрированные в каком-нибудь виде сигналы.

Информация и её носитель. Поскольку каждое изменение свойств определяется какой-нибудь особенностью события, в результате которого был выработан сигнал, то каждое данное несет определенные сведения, позволяющие что-то узнать об этих событиях. Так, анализ предметов, найденных в результате археологических раскопок, позволяет с достаточной достоверностью воссоздать особенности быта людей живших когда-то на этом месте; изучив следы на земле, опытный охотник-следопыт сможет подробно рассказать, что за животное здесь прошло, было ли оно спокойно или его потревожили, здоровое оно или больное и многое другое. Подобные сведения, полученные в результате переработки данных, называются информацией.

Иными словами, информация является некоторым связующим звеном между материальными объектами и нематериальным человеческим сознанием, благодаря которому люди получают возможность узнавать окружающий мир.

Следует подчеркнуть, что информация – категория нематериальная, и для своего существования и распространения в материальном мире нуждается в какой-либо материальной основе. Материальный объект или среда, которые служат для регистрации или передачи данных называют материальными носителями информации. Носителем информации могут быть весьма разнообразные предметы, в том числе и человеческая память. Достаточно длительное время в истории человечества универсальным носителем информации являлась бумага. В настоящее время широко используются электронные и оптические носители.

Как было сказано, благодаря материальному носителю информацию можно хранить и передавать на расстояние. При этом хранение информации связано с некоторой характеристикой носителя, которая не меняется с течением времени. Например, намагниченные области поверхности диска или написанные на бумаге буквы могут сохраняться в неизменном виде произвольное длительное время. Передача же информации – наоборот, связана с характеристикой, которая меняется с течением времени. Например, это может быть изменение амплитуды и частоты звуковых колебаний (так информация передаётся посредством человеческой речи) или изменение напряжения и частоты колебаний переменного тока в электрических проводах (так информация передается по телефону или телеграфу) и т.д. Последовательность сигналов, порождённая изменением во времени состояния носителя информации называется сообщением.

Алгоритм и знание. Однако, имея данные или сообщение, не всегда можно извлечь из них информацию. Например, прослушав передачу радиостанции на незнакомом языке, мы получаем данные в результате прослушивания, но не получаем информацию, т.к. никаких сведений мы из передачи не извлекли. Это произошло потому, что нам не известен язык, на котором велась передача. Иными словами, мы не знаем метода преобразования полученных данных в известные нам понятия. Следовательно, информация – это продукт взаимодействия данных и подходящего (адекватного) к ним метода переработки. В информатике такие методы называются алгоритмами.

Информация, полученная в результате переработки данных, воспринимается людьми, для которых эта информация предназначается – пользователями информации. В результате восприятия информации пользователи могут повышать свою осведомленность о чем-либо, т.е. они вырабатывают знания. Знание – такая форма развития осведомленности о каком-нибудь объекте или явлении, которую можно употребить с пользой для себя и окружающих. В результате получения новых знаний люди могут применить их на практике и разработать более совершенные средства воздействия на природу, изменяя ее для улучшения условий своей жизни.

Информационные процессы (кратко). Перечисленные понятия, их взаимосвязь и происходящие с ними изменения можно изобразить в виде схемы, приведенной на рис. 1.1.

И н ф о р м а т и к а

Данные

Данные

Сигналы

Приборы и документы

Носители информации

Обработка

данных

Сбор данных

Хранение данных

Компьютеры

Информация

Восприятие информации

Пользователи

информации

Изменение окружающей среды

Применение знаний

Машины и производственные

технологии

Вещество, энергия

Знания

Рис. 1.1. Круговорот информации в природе

В тех случаях, когда некоторое качество, характеризующее объект меняется с течением времени, используется термин «процесс». На схеме отражены основные изменения, происходящие с информацией, следовательно, эти изменения можно назвать информационными процессами. Какие же изменения могут происходить с нематериальной информацией? Очевидно, меняться может либо её содержание, либо материальная оболочка, посредством которой информация представлена. Поэтому различают два типа информационных процессов:

- изменение сообщений и данных с сохранением содержащейся в них информации;

- изменение сообщений и данных с преобразованием содержащейся в них информации.

К процессам первого типа относится передача информации в пространстве или времени (хранение информации). К процессам второго типа относятся создание информации, уничтожение информации и обработка с появлением новой информации или знания.

На схеме выделена область, определяющая место информатики в этом круговороте и составляющая ее предмет – процессы сбора, хранения и обработки данных.

Вопрос №2

Как было сказано в п. 1.1, каждое изменение свойств любого объекта имеет какую-нибудь особенность, в результате которой вырабатывается определенный сигнал. Съём и регистрация этих сигналов представляет собой процесс сбора данных. Он производится либо с помощью датчиков, встроенных в исследуемый объект, либо путем считывания данных с документов.

В общем случае сигналы, поступающие от объекта можно разделить на статические и динамические. Статические сигналы отражают устойчивое состояние объекта, не меняющееся во времени и обычно фиксируются в форме документов. Динамические сигналы меняются во времени и обычно представляются в форме электрических сигналов на выходе датчиков и контрольно-измерительных приборов.

По характеру изменения сигналы делятся на непрерывные и дискретные.

Рис. 1.2. Квантование непрерывного сигнала по времени

Непрерывные математически отображаются непрерывными функциями времени. Физически они представляют собой непрерывные значения тока или напряжения (см. рис. 1.2 – красная линия). Дискретные сигналы определяются конечным множеством значений тока или напряжения. Каждое из возможных значений дискретного сигнала можно обозначить каким-нибудь кодом и в таком виде хранить и использовать его в компьютере.

Схема процесса сбора данных при использовании датчика представлена на рис. 1.3. С объекта датчиком снимается непрерывный сигнал, который в преобразователе превращается в дискретный, а в шифраторе дискретный сигнал кодируется, например, в виде двоичного кода – последовательности из 0 и 1. Физически код представляет собой последовательность электрических импульсов, передаваемых по проводам. Наличие тока означает 1, отсутствие – 0. Полученные наборы данных собираются в накопителе – временное хранилище данных, из которого они выводятся по мере необходимости.

Существует несколько способов превращения непрерывного сигнала в дискретный, наиболее распространенные – квантование по уровню или по времени. В обоих случаях график исходного сигнала в виде плавной непрерывной кривой заменяется ступенчатой линией.

Аналого-цифровой преобразователь

Датчик

Преобразователь

Накопитель

Шифратор

Рис. 1.3. Общая схема процесса сбора данных

В первом способе весь диапазон значений непрерывного сигнала разбивается на несколько участков. Если величина сигнала попадает в какой-то i-й участок, то значение квантованного сигнала принимается равным граничному или среднему значению этого участка.

При втором способе на части разбивается временной интервал изменения сигнала. Значением квантованного сигнала на каждом j-м участке считается величина непрерывного сигнала в начале этого участка или в его середине (см. рис. 1.2.).

При съёме данных с документа преобразователь уже не нужен, т.к. исходный сигнал является дискретным, а роль накопителя выполняет непосредственно компьютер, в котором данные будут храниться. Схема процесса – на рис. 1.4.