информ

1 вопрос

Понятие информации и информатики. Виды информации. Свойства информации.

Информация— это осознанные сведения об окружающем мире, которые являются объектом хранения, преобразования, передачи и использования.

информатика - наука о способах получения, накопления, хранения, преобразования, передачи и использования информации.

Виды информации:

графическая (изобразительная) — первый вид, для которого был реализован способ хранения информации об окружающем мире в виде наскальных рисунков, а позднее в виде картин, фотографий, схем, чертежей на бумаге, холсте, мраморе и др. материалах, изображающих картины реального мира;

звуковая — мир вокруг нас полон звуков и задача их хранения и тиражирования была решена с изобретение звукозаписывающих устройств в 1877 г.; ее разновидностью является музыкальная информация — для этого вида был изобретен способ кодирования с использованием специальных символов, что делает возможным хранение ее аналогично графической информации;

текстовая — способ кодирования речи человека специальными символами — буквами, причем разные народы имеют разные языки и используют различные наборы букв для отображения речи; особенно большое значение этот способ приобрел после изобретения бумаги и книгопечатания;

числовая — количественная мера объектов и их свойств в окружающем мире; особенно большое значение приобрела с развитием торговли, экономики и денежного обмена; аналогично текстовой информации для ее отображения используется метод кодирования специальными символами — цифрами, причем системы кодирования (счисления) могут быть разными;

видеоинформация — способ сохранения «живых» картин окружающего мира, появившийся с изобретением кино.

Свойства информации

1.Объективность информации.

Объективный – существующий вне и независимо от человеческого сознания. Информация – это отражение внешнего объективного мира. Информация объективна, если она не зависит от методов ее фиксации, чьего-либо мнения, суждения. Пример. 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 исправных датчиков, 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. 2.Достоверность информации. Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел. Объективная информация всегда достоверна, но достоверная информация может быть как объективной, так и субъективной. Достоверная информация помогает принять нам правильное решение. Недостоверной информация может быть по следующим причинам:

• преднамеренное искажение (дезинформация) или непреднамеренное искажение субъективного свойства;

• искажение в результате воздействия помех («испорченный телефон») и недостаточно точных средств ее фиксации.

3.Полнота информации. Информацию можно назвать полной, если ее достаточно для понимания и принятия решений. Неполная информация может привести к ошибочному выводу или решению. 4.Точность информации определяется степенью ее близости к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т. п. 5.Актуальность информации – важность для настоящего времени, злободневность, насущность. Только вовремя полученная информация может быть полезна. 6.Полезность (ценность) информации. Полезность может быть оценена применительно к нуждам конкретных ее потребителей и оценивается по тем задачам, которые можно решить с ее помощью. 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.

2 вопрос

Измерение информации. Подходы к измерению информации.

Поскольку определять информацию можно по-разному, то и способы измерения тоже могут быть разными.

Содержательный подход к измерению информации. Сообщение – информативный поток, который в процессе передачи информации поступает к приемнику. Сообщение несет информацию для человека, если содержащиеся в нем сведения являются для него новыми и понятными, т.е. сообщение должно быть информативно. Если сообщение не информативно, то количество информации с точки зрения человека = 0. (Пример: вузовский учебник по высшей математике содержит знания, но они не доступны первокласснику)

Алфавитный подход к измерению информации не связывает количество информации с содержанием сообщения. Алфавитный подход – объективный подход к измерению информации. Он удобен при использовании технических средств работы с информацией, т.к. не зависит от содержания сообщения. Количество информации зависит от объема текста и мощности алфавита. Ограничений на максимальную мощность алфавита нет, но есть достаточный алфавит мощностью 256 символов. Этот алфавит используется для представления текстов в компьютере. Поскольку 256=2⁸, то 1 символ несет в тексте 8 бит информации.

Вероятностный подход к измерению информации. Все события происходят с различной вероятностью, но зависимость между вероятностью событий и количеством информации, полученной при совершении того или иного события можно выразить формулой которую в 1948 году предложил Шеннон:

где:

H – количество информации

N – количество возможных событий

p_i – вероятности отдельных событий (для равновероятных событий p = 1/N)

3 вопрос

Информационные процессы и их модели.

Информационные процессы

Под информационным процессом обычно понимается процесс сбора (восприятия), передачи, обработки (преобразования) и использования информации. Информационный процесс может состояться только при наличии информационной системы, обеспечивающей все его составляющие:

• источник информации;

• канал связи;

• соглашения (правила) интерпретации сигналов;

• приемник информации.

Информация от источника к приемнику передается в материально-энергетической форме (например, в виде электрических, световых, звуковых и других сигналов). Информация может быть представлена аналоговыми (т.е. непрерывными) или дискретными сигналами (лат. discretus − прерывистый, состоящий из отдельных частей).

Информация, переносимая сигналами, имеет смысл, отличный как от смысла самого факта поступления сигналов, так и от формы их передачи. Следовательно, источник и потребитель информации должны “договориться” о конкретной форме передачи информации, а также выработать некоторое соглашение относительно расшифровки (интерпретации) полученных сигналов.

В общем случае источник информации, восприняв некоторое явление (факт, изменение состояния и т.д.), шифрует (кодирует) его в виде последовательности сигналов с последующей пересылкой их в канал связи. Канал связи выступает как внешняя (по отношению как к источнику, так и приемнику) среда, отражающая состояния источника и воздействующая каким-либо образом на приемник.

Приемник (адресат, потребитель) информации при получении сигналов должен выполнить предварительную их обработку, цель которой заключается в исключении “шумов” и интерпретации (расшифровке), т.е. в извлечении смыслового содержания, заключенного в сигналах. После этого он может использовать полученную информацию по своему усмотрению.

В настоящее время одним из основных средств обработки и хранения информации является компьютер. Принципиальное отличие использования компьютера от всех других способов обработки информации заключается в способности выполнения определенных операций без непосредственного участия человека, но по заранее составленной им программе.

Информационная модель — модель объекта, представленная в виде информации, описывающей существенные для данного рассмотрения параметры и переменные величины объекта, связи между ними, входы и выходы объекта и позволяющая путём подачи на модель информации об изменениях входных величин моделировать возможные состояния объекта. Информационные модели нельзя потрогать или увидеть, они не имеют материального воплощения, потому что строятся только на информации. Информационная модель — совокупность информации, характеризующая существенные свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром.

4 вопрос

Естественная и нормальная формы представления информации. Прямой, обратный и дополнительный код.

В вычислительных машинах применяются две формы представления двоичных чисел:

естественная форма или форма с фиксированной запятой (точкой);

нормальная форма или форма с плавающей запятой (точкой).

В естественной форме все числа изображаются в виде последовательности цифр с постоянным для всех чисел положением запятой, отделяющей целую часть от дробной. Эта форма наиболее проста, естественна, но имеет небольшой диапазон представления чисел и поэтому не всегда приемлема при вычислениях (при выполнении операций над очень большими или малыми числами).

В нормальной форме каждое число изображается в виде двух групп цифр. Первая группа называется мантиссой, вторая – порядком, причем абсолютная величина мантиссы должна быть меньше 1, а порядок – целым числом. В общем виде число в форме с плавающей запятой может быть представлено так:

n = ± m · p^±r,

где m – мантисса числа (׀m׀ < 1);

r – порядок числа (r – целое число);

p – основание системы счисления.

Нормальная форма представления имеет огромный диапазон отображения чисел и является основной в современных ЭВМ

Прямой и обратный дополнительный код.

Прямой код двоичного числа – это само двоичное число, причем значение знакового разряда для положительных чисел равно 0, а для отрицательных 1.

Пример. Для числа +0,1101 прямой код 0,1101, для числа –0,1101 прямой код 1,1101

Обратный код для положительного числа совпадает с прямым кодом, а для отрицательного числа все цифры заменяются на противоположные значения. Знак числа остается прежним.

Пример. Для числа +0,1101 обратный код 0,0010; для числа –0,1101 обратный код 1,0010

Дополнительный код положительного числа совпадает с прямым кодом. Дополнительный код отрицательного числа образуется как результат суммирования обратного кода с единицей младшего разряда.

Пример. Для числа +0,1101 дополнительный код 0,1101; для числа –0,1101 дополнительный код 1,0011

5 вопрос.

Кодирование числовой информации. Системы счисления. Правила перевода из одной системы в другую.

Кодирование информации – это процесс формирования определенного представления информации, переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки.

Компьютер может оперировать только числами. Поэтому при компьютеризированной обработке информации кодированием является процесс ее оцифровки, т.е. преобразование из ее естественного вида в цифровой код, которым может оперировать компьютер. Соответственно, декодирование – это обратное преобразование, из цифрового кода в естественный для человека вид. Например, при наборе текста в текстовом редакторе автоматически выполняется его кодирование, и компьютере он хранится в виде набора чисел. При распечатке же этого текста выполняется декодирование, и текст выводится в его естественном виде.

В отличие от людей, оперирующих числами на основе десятичной системы (где разряд числа может содержать цифры от 0 до 9), компьютер работает в двоичной системе, где разряд числа может содержать либо 0, либо 1 (наподобие морзянки). Это связано с тем, что информацию, представленную в таком виде, технически легко смоделировать в виде электрических сигналов, а также легко хранить и видоизменять. Таким образом, минимальной единицей информации в компьютере является объем памяти, необходимый для хранения одного из двух состояний: 0 или 1. Он называется битом.

Преобразование из десятичной системы в двоичную и наоборот

Из двоичной в десятичную: допустим, вам дано двоичное число 110001. Для перевода в десятичное просто запишите его справа налево как сумму по разрядам следующим образом: 1*2⁰ + 0*2¹ + 0*2² + 0*2³ + 1*2⁴ + 1*2⁵ = 1*1 + 0*2 + 0*4 + 0*8 + 1*16 + 1*32 = 49 Из десятичной в двоичную: допустим, нужно перевести число 19 в двоичное. Вы можете воспользоваться следующей процедурой: 19 /2 = 9 с остатком 1 9 /2 = 4 c остатком 1 4 /2 = 2 с остатком 0 2 /2 = 1 с остатком 0 1 /2 = 0 с остатком 1 Мы делим каждое частное на 2 и записываем в остаток 1 или 0. Продолжать деление надо пока в делимом не будет 1. Ставим числа из остатка друг за другом, начиная с конца. В результате получаем число 19 в двоичной записи: 10011

6 вопрос.

Кодирование информации. Кодирование символьной и звуковой информации.

Кодирование информации – это процесс формирования определенного представления информации, переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки.

Компьютер может оперировать только числами. Поэтому при компьютеризированной обработке информации кодированием является процесс ее оцифровки, т.е. преобразование из ее естественного вида в цифровой код, которым может оперировать компьютер. Соответственно, декодирование – это обратное преобразование, из цифрового кода в естественный для человека вид. Например, при наборе текста в текстовом редакторе автоматически выполняется его кодирование, и компьютере он хранится в виде набора чисел. При распечатке же этого текста выполняется декодирование, и текст выводится в его естественном виде.

Кодирование символьной и звуковой информации.

1. Символьная

При кодировании текстовой информации каждый символ текста преобразуется в число, которое называется кодом этого символа. Каждый символ имеет свой код, и соответствие между символом и его кодом называется таблицей кодировки.

Сколько разных символов может быть в тексте, т.е. какой объем памяти необходимо выделять для хранения одного символа? Для текста на двух языках (русский + английский), как оказалось, вполне хватает однобайтной кодировки: каждый символ в памяти занимает 1 байт, т.е. кодируется числом от 0 до 255. Такая кодировка называется ASCII-кодом. Например, символ « » (пробел) кодируется числом 32, буква «А» латинского алфавита – числом 65 и т.д. Таким образом, текст «ABC» в памяти и в файле будет выглядеть как последовательность из 3-х чисел – 65, 66, 67. Но на экране он будет выглядеть именно как текст, поскольку перед выводом информации на устройство вывода (монитор, принтер и т.д.) всегда выполняется ее декодирование в естественный вид.

Следует заметить, что в современных текстовых редакторах используется уже не однобайтная, а двухбайтная кодировка (т.н. Unicode), которая позволяется в пределах одного документа использовать все мыслимые символы (например, символы всех национальных алфавитов).

2. Звуковая

Здесь любая информация представлена в цифровой форме. Данные должны быть представлены числами, а, следовательно, информация в компьютере дискретна (разделена). Для того, чтобы записать звук на цифровой носитель информации (например, жесткий диск), его подвергают так называемой оцифровке, механизм которой заключается в измерении параметров звука через определенные промежутки времени (очень малые).

Дискретизация и квантование

При преобразовании звуковой информации в цифровую форму ее подвергают дискретизации и квантованию. Дискретизация заключается в замерах величины аналогового сигнала огромное множество раз в секунду. Полученной величине аналогового сигнала сопоставляется определенное значение из заранее выделенного диапазона: 256 (8 бит) или 65536 (16 бит). Привидение в соответствие уровня сигнала определенной величине диапазона и есть квантование.

Понятно, что как бы часто мы не проводили измерения, все равно часть информации будет теряться. Однако и понятно, что чем чаще мы проводим замеры, тем точнее будет соответствовать цифровой звук своему аналоговому оригиналу.

Также, чем больше бит отведено под кодирование уровня сигнала (квантование), тем точнее соответствие.

С другой стороны, звук хорошего качества будет содержать больше данных и, следовательно, больше занимать места на цифровом носителе информации.

7 вопрос.

Кодирование графической информации. Растровая, векторная, фрактальная графика. Основные понятия трехмерной графики. Понятия и способы описания цвета.

Компьютерная графика бывает двух принципиально отличающихся видов: растровая и векторная.

В растровой графике изображение представляет собой прямоугольную матрицу пикселей, каждый из которых имеет свой цвет, и соответственно кодируется своим числом. Пример растрового изображения – фотография. Чем больше цветов используется в изображении, тем больше бит требуется на кодирование цвета каждого пикселя. Например, при использовании 256 цветов каждый пиксель займет в памяти 1 байт. Для хранения фотографий палитры в 256 цветов недостаточно, используется так называемая RGB-палитра, где каждый пиксел описывается тремя числами от 0 до 255 и, соответственно, занимает в памяти 3 байта (например, чистый желтый цвет описывается как 255, 255, 0; чистый красный – 255, 0, 0; темно-серый – 60, 60, 60; всего более 16 млн. комбинаций, а соответственно и разных цветов).

В векторной графике изображение строится из набора геометрических фигур, т.е. в памяти хранится фактически математическое описание изображения. Например, окружность описывается координатами центра и радиусом, прямоугольник – координатами левого верхнего и правого нижнего углов и т.д.

Однако, в любом случае, изображение на экране монитора всегда является растровым, поэтому любое векторное изображение перед выводом на экран проходит через растеризацию той или иной степени точности или качества (для наглядного представления результата)

Фрактальная компьютерная графика.

Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов. Создание фрактальной художественной композиции состоит не в рисовании или оформлении, а в программировании. Фрактальную графику редко применяют для создания печатных или электронных документов, но ее часто используют в развлекательных программах.

Основные понятия трехмерной графики. Понятия и способы описания цвета.

Трехмерная графика-это раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), предназначенных для изображения объёмных объектов.

Трёхмерное изображение на плоскости отличается от двумерного тем, что включает построение геометрической проекции трёхмерной модели сцены на плоскость (например, экран компьютера)

Для получения трёхмерного изображения на плоскости требуются следующие шаги:

Моделирование — создание трёхмерной математической модели сцены и объектов в ней;

Текстурирование — назначение поверхностям моделей растровых или процедурных текстур (подразумевает также настройку свойств материалов — прозрачность, отражения, шероховатость и пр.);

Освещение — установка и настройка источников света;

Анимация (в некоторых случаях) — придание движения объектам;

Динамическая симуляция (в некоторых случаях) — автоматический расчёт взаимодействия частиц, твёрдых/мягких тел и пр. с моделируемыми силами гравитации, ветра, выталкивания и др., а также друг с другом;

Рендеринг (визуализация) — построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью;

вывод полученного изображения на устройство вывода — дисплей или принтер.

8 вопрос.

Цветовые модели: RGB, HSB, CMYK. Цветовая палитра.

Цветовая модель RGB. В основе одной из наиболее распространенных цветовых моделей, называемой RGB моделью, лежит воспроизведение любого цвета путем сложения трех основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Каждый канал - R, G или B имеется свой отдельный параметр, указывающий на количество соответствующей компоненты в конечном цвете. Например: (255, 64, 23) – цвет, содержащий сильный красный компонент, немного зелёного и совсем немного синего. Естественно, что этот режим наиболее подходит для передачи богатства красок окружающей природы. Но он требует и больших расходов, так как глубина цвета тут наибольшая – 3 канала по 8 бит на каждый, что дает в общей сложности 24 бита.

Цветовым пространством RGB модели является единичный куб.

HSB - модель, которая в принципе является аналогом RGB, она основана на её цветах, но отличается системой координат.

Любой цвет в этой модели характеризуется тоном (Hue), насыщенностью (Saturation) и яркостью (Brightness). Тон - это собственно цвет. Насыщенность - процент добавленной к цвету белой краски. Яркость - процент добавленной чёрной краски. Итак, HSB - трёхканальная цветовая модель. Любой цвет в HSB получается добавлением к основному спектру чёрной или белой, т.е. фактически серой краски. Модель HSB не является строгой математической моделью. Описание цветов в ней не соответствует цветам, воспринимаемых глазом. Дело в том, что глаз воспринимает цвета, как имеющие различную яркость. Например, спектральный зелёный имеет большую яркость, чем спектральный синий..

CMYK - Cyan, Magenta, Yellow, Key color - субтрактивная (subtract, англ. - вычитать) схема формирования цвета, используемая в полиграфии для стандартной триадной печати. Обладает меньшим, в сравнении с RGB, цветовым охватом.

CMYK называют субстрактивной моделью потому, что бумага и прочие печатные материалы являются поверхностями, отражающими свет. Удобнее считать, какое количество света отразилось от той или иной поверхности, нежели сколько поглотилось. Таким образом, если вычесть из белого три первичных цвета - RGB, мы получим тройку дополнительных цветов CMY. «Субтрактивный» означает «вычитаемый» — из белого вычитаются первичные цвета.

Палитрой цветов называют сведенную в таблицу гамму цветов, которую графический редактор предоставляет пользователю для использования в создаваемом изображении. Цветовая палитра может включать в себя 2, 16, 256 цветов, но может доходить до десятков тысяч, до шестнадцати миллионов цветовых оттенков³. Количество в палитре цветов во многом зависит от возможностей отображения видеоадаптера и монитора. Большинство графических редакторов позволяют произвести конвертирование одной палитры в другую. Однако, нужно помнить, что переход к палитре с меньшим количеством цветов может привести к «огрублению» изображения. Две картинки могут иметь две различные палитры.

В зависимости от размера использованной палитры, файлы с картинками будут иметь разную длину.