1.ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

1.1.Понятиеинформациикакпродуктаинформационнойтехнологии

1.1.1. Основныепонятияиопределения

Информатика является теоретической базой для информационных технологий. В информатике выделяют три уровня:

Физический (нижний) уровень представляет собой средства вычислительной техники и техники связи.

Логический (средний) уровень составляют информационные технологии.

Прикладной (верхний) уровень определяет идеологию применения информационных технологий для проектирования различных систем.

Информационная технология – это процесс, включающий совокупность способов сбора, хранения, обработки и передачи информации на основе применения средств вычислительной техники.

Информационные технологии рассматриваются как система,

включающая базовые информационные процессы, базовые и специализированные информационные технологии, инструментальную базу.

Процессы, связанные с извлечением, транспортированием, хранением обработкой, представлением и использованием информации, называются

базовыми информационными процессами.

Базовые информационные технологии строятся на основе базовых технологических операций, и включают ряд специфических моделей, инструментальных средств. Этот вид технологий ориентирован на решение определенного класса задач и используется в конкретных технологиях в виде отдельной компоненты. Среди них можно выделить:

•технологии автоматизированного офиса;

•технологии баз данных и знаний;

•мультимедиа-технологии;

•геоинформационные технологии;

•технологии защиты информации;

•телекоммуникационные технологии;

•технологии искусственного интеллекта и др.

Специфика конкретной предметной области находит отражение в специализированных информационных технологиях, например, в организационном управлении, управлении технологическими процессами, в автоматизированном проектировании, обучении и др. Среди них наиболее перспективными являются информационные технологии:

• организационного управления (корпоративные информационные

1. ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

1.1. Понятие информации как продукта информационной технологии

технологии);

•в промышленности и экономике;

•в образовании;

•автоматизированного проектирования.

Информационные технологии функционируют на основе инструментальной базы. Инструментальная база включает:

•методические средства, определяющие требования при разработке, внедрении и эксплуатации информационных технологий. Они обеспечивают информационную, программную и техническую совместимость. Главное внимание уделяется требованию по стандартизации;

•информационные средства, обеспечивающие эффективное представление предметной области. К их числу относятся информационные модели, системы классификации и кодирования информации и др.;

•математические средства, содержащие модели решения функциональных задач и модели организации информационных процессов. Математические средства автоматически переходят в алгоритмические, обеспечивающие их реализацию.

•программные средства, включающие операционные системы, языки программирования, программные среды, системы управления базами данных

«технологической основой», позволяющей осуществить автоматизированное проектирование информационных технологий.

•технические средства, задающие уровень реализации информационных технологий при их создании и реализации.

Информационные технологии принято классифицировать:

•по типу обрабатываемой информации (например, данные обрабатываются с помощью систем управления базами данных, а знания – с помощью экспертных систем);

•типу пользовательского интерфейса (командный, WIMP-интерфейс, т. е. содержащий базы программ и меню действий, и SILK-интерфейс, использующий речевые команды и смысловые семантические связи);

•степени взаимодействия между собой (например, дискетное и сетевое взаимодействие).

Таким образом, конкретная информационная технология определяется

врезультате компиляции и синтеза базовых технологических операций, отраслевых технологий и средств реализации.

1.1.2. Понятие«информация» исвойстваинформации

Цель информационной технологии – производство информации для ее анализа человеком и принятия на его основе решения по выполнению какого-

1. ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

1.1. Понятие информации как продукта информационной технологии

либо действия.

Понятие «информация» является базовым в курсе «Информационные технологии». Несмотря на то, что смысл слова «информация» всем интуитивно понятен, строгого определения, что такое информация на данный момент не существует. Слово «информация» происходит от латинского слова informatio, что в переводе означает сведение, разъяснение, ознакомление.

Данное понятие является общенаучным в различных дисциплинах в разных областях науки и техники в понятие информации вкладывается свой собственный смысл, акцентирующий внимание на ее аспектах, наиболее существенных для данной дисциплины.

Например, как используется понятие «информация» в физике. В физике мерой беспорядка, хаоса для термодинамической системы является энтропия системы, тогда как информация (антиэнтропия) является мерой упорядоченности и сложности системы. По мере увеличения сложности системы величина энтропии уменьшается, а величина информации растет. Процесс увеличения информации характерен для открытых, обменивающихся веществом и энергией с окружающей средой, саморазвивающихся систем живой природы (белковых молекул, организмов, популяций животных и так далее).

Таким образом, в физике информация рассматривается как антиэнтропия или энтропия с обратным знаком.

Вбиологии, в которой изучается живая природа, понятие «информация» связывается с целесообразным поведением живых организмов. Такое поведение строится на основе получения и использования организмом информации об окружающей среде.

Понятие «информация» в биологии используется также в связи с исследованиями механизмов наследственности. Генетическая информация передается по наследству и хранится во всех клетках живых организмов. Гены представляют собой сложные молекулярные структуры, содержащие информацию о строении живых организмов. Последнее обстоятельство позволило проводить научные эксперименты по клонированию, т. е. созданию точных копий организмов из одной клетки.

Вкибернетике (науке об управлении) понятие «информация» связано с процессами управления в сложных системах (живых организмах или технических устройствах). Жизнедеятельность любого организма или нормальное функционирование технического устройства зависит от процессов управления, благодаря которым поддерживаются в необходимых пределах значения их параметров. Процессы управления включают в себя получение, хранение, преобразование и передачу информации.

На бытовом уровне, а также в дисциплинах социальной направленности под информацией понимают совокупность сведений об окружающем мире, которые являются объектами хранения, передачи и преобразования. Определяя информацию таким образом, люди ассоциируют

еесо знанием или информированностью в той или иной области.

1. ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

1.1. Понятие информации как продукта информационной технологии

Человек – существо социальное, для общения с другими людьми он должен обмениваться с ними информацией, причем обмен информацией всегда производится на определенном языке – русском, английском и так далее. Участники дискуссии должны владеть тем языком, на котором ведется общение, тогда информация будет понятной всем участникам обмена информацией.

Информация должна быть полезной, тогда дискуссия приобретает практическую ценность. Бесполезная информация создает информационный шум, который затрудняет восприятие полезной информации. Примерами передачи и получения бесполезной информации могут служить некоторые конференции и чаты в Интернете.

Широко известен термин «средства массовой информации» (газеты, радио, телевидение), которые доводят информацию до каждого члена общества. Такая информация должна быть достоверной и актуальной. Недостоверная информация вводит членов общества в заблуждение и может быть причиной возникновения социальных потрясений. Неактуальная информация бесполезна, и поэтому никто, кроме историков, не читает прошлогодних газет.

Для того чтобы человек мог правильно ориентироваться в окружающем мире, информация должна быть полной и точной. Задача получения полной и точной информации стоит перед наукой. Овладение научными знаниями в процессе обучения позволяют человеку получить полную и точную информацию о природе, обществе и технике.

Существует ряд подходов к оценке качества информации. Основными из них являются статистический, семантический и прагматический.

Наибольшее развитие получил первый подход.

Статистический подход изучается в теории информации. Теория информации возникла как часть кибернетики, науки об общих законах хранения, передачи и обработки информации. Кибернетика изучает так называемые кибернетические системы, которые являются абстрактными системами, оторванными от их материального носителя, примерами которых являются автоматические регуляторы, компьютер, мозг человека, социум.

Теория информации представляет собой математическую теорию, посвященную измерению информации, ее потока, характеристик каналов передачи информации и прочих технических характеристик, связанных с хранением, преобразованием и передачей информации. Данная теория широко используется для организации и управления средствами связи (радио, телевидение, телеграф и т.д.). Кроме того, теория информации изучает способы построении эффективных кодов, применяемых для решения тех или иных задач. Данная наука в математической основе использует методы теории вероятности, математической статистики, линейной алгебры и т. д.

Семантический подход основан на смысловом содержании информации. Под семантикой понимают совокупность правил соответствия

1. ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

1.1. Понятие информации как продукта информационной технологии

между формальными выражениями и их интерпретацией. Здесь комплексно изучаются свойства знаковых систем. Примерами знаковых систем являются естественные и алгоритмические языки.

Прагматический подход к информации – это анализ ее ценности с точки зрения потребителя. Ценность информации связывают со временем, поскольку с течением времени она стареет и ценность ее, а следовательно, и количество уменьшается.

1.1.3. Видыинформации

Вся деятельность человека по преобразованию природы и общества сопровождается получением новой информации.

Научная информация – логическая информация, адекватно отображающая объективные закономерности природы, общества и мышления. Ее делят по областям применения на следующие виды: политическая, техническая, биологическая, химическая, физическая и т. д.; по назначению – на массовую и специальную.

Документальная информация – часть информации, которая занесена на бумажный носитель. Любое производство при функционировании требует перемещения документов, т. е. возникает документооборот.

Техническая информация – это информация, которая используется в сфере техники при решении производственных задач. Она сопровождает разработку новых изделий, материалов, конструкций, агрегатов, технологических процессов.

Научно-техническая информация – объединение научной и технической видов информации.

1.1.4. Информационныйресурсиегосоставляющие

Информационный ресурс – концентрация имеющихся фактов, документов, данных и знаний, отражающих реальное изменяющееся во времени состояние общества и используемых при подготовке кадров, в научных исследованиях и материальном производстве.

Факты – результат наблюдения за состоянием предметной области. Документы – часть информации, определенным образом

структурированная и занесенная на бумажный носитель.

Данные – вид информации, отличающийся высокой степенью форматированности в отличие от более свободных структур, характерных для речевой, текстовой и визуальной информации.

Знания – итог теоретической и практической деятельности человека, отражающий накопление предыдущего опыта и отличающийся высокой степенью структурированности.

1. ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

1.1.Понятие информации как продукта информационной технологии

1.1.5.Количественныехарактеристикиинформации

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».

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 10п, 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:

Система счисления – это знаковая система, в которой числа записываются по определенным правилам с помощью символов некоторого алфавита, называемых цифрами.

Все системы счисления делятся на две большие группы: позиционные и непозиционные системы счисления.

Самой распространенной из непозиционных систем счисления является римская. В качестве цифр в ней используются: I (1), V (5), X (10), L (50), С (100), D (500), М (1000).

Значение цифры не зависит от ее положения в числе. Например, в числе XXX (30) цифра X встречается трижды и в каждом случае обозначает одну и ту же величину – число 10, три числа по 10 в сумме дают 30.

1. ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

1.1. Понятие информации как продукта информационной технологии

Величина числа в римской системе счисления определяется как сумма или разность цифр в числе. Если меньшая цифра стоит слева от большей, то она вычитается, если справа – прибавляется. Например, десятичное число 1998 в римской системе счисления запишется в следующем виде:

MCMXCVIII = 1000 + (1000 – 100) + (100 – 10) + 5 + 1 + 1 + 1.

Первая позиционная система счисления была придумана еще в Древнем Вавилоне, причем вавилонская нумерация была шестидесятеричной, т. е. в ней использовалось шестьдесят цифр! До сих пор при измерении времени мы используем основание, равное 60 (в 1 минуте

дюжину (число 12): в сутках две дюжины часов, круг содержит тридцать дюжин градусов и так далее.

В позиционных системах счисления количественное значение цифры зависит от ее позиции в числе.

Наиболее распространенными в настоящее время позиционными системами счисления являются десятичная, двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная. Каждая позиционная система имеет определенный

алфавит цифр и основание.

В позиционных системах счисления основание системы равно количеству цифр (знаков в ее алфавите) и определяет, во сколько раз различаются значения одинаковых цифр, стоящих в соседних позициях числа.

Десятичная система счисления имеет алфавит цифр, который состоит из десяти всем известных, так называемых арабских, цифр, и основание, равное 10, двоичная – две цифры и основание 2, восьмеричная – восемь цифр и основание 8, шестнадцатеричная – шестнадцать цифр (в качестве цифр

Десятичная система счисления. Рассмотрим в качестве примера десятичное число 555. Цифра 5 встречается трижды, причем самая правая цифра 5 обозначает пять единиц, вторая справа – пять десятков и, наконец, третья справа – пять сотен.

1. ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

1.1. Понятие информации как продукта информационной технологии

Позиция цифры в числе называется разрядом. Разряд числа возрастает справа налево, от младших разрядов к старшим. В десятичной системе цифра, находящаяся в крайней справа позиции (разряде), обозначает количество единиц, а цифра, смещенная на одну позицию влево, –

В развернутой форме запись числа 555 в десятичной системе будет выглядеть следующим образом:

55510 = 5*102 + 5*101 + 5*100.

Как видно из примера, число в позиционной системе счисления записывается в виде суммы числового ряда степеней основания (в данном случае 10), в качестве коэффициентов которых выступают цифры данного числа.

Для записи десятичных дробей используются отрицательные значения степеней основания. Например, число 555,55 в развернутой форме записывается следующим образом:

555,5510 = 5*102 + 5*101 + 5*100 + 5*10-1 + 5*10-2.

В общем случае в десятичной системе счисления запись числа А10, которое содержит п целых разрядов числа и m дробных разрядов числа, выглядит так:

А10 = an−1 10n−1 +... +a0 100 +a−1 10−1 +... +a−m 10−m .

Коэффициенты ai в этой записи являются цифрами десятичного числа, которое в свернутой форме записывается так:

А10 = an−1an−2...a0 ,a−1...a−m.

Двоичная система счисления. В двоичной системе счисления основание равно 2, а алфавит состоит из двух цифр (0 и 1). Следовательно, числа в двоичной системе в развернутой форме записываются в виде суммы степеней основания 2 с коэффициентами, в качестве которых выступают цифры 0 или

1.

Например, развернутая запись двоичного числа может выглядеть так:

А2 = 1 22 +0 21 +1 20 +0 2−1 +1 2−2 .

Свернутая форма этого же числа:

А2 = 101,012.

Вобщем случае в двоичной системе запись числа А2, которое содержит

пцелых разрядов числа и m дробных разрядов числа, выглядит так:

А2 = an−1 2n−1 +an−2 2n−2 +... +a0 20 +a−1 2−1 +... +a−m 2−m .

Коэффициенты ai в этой записи являются цифрами (0 или 1) двоичного числа, которое в свернутой форме записывается так: А2 = an−1an−2...a0 ,a−1...a−m.

Из вышеприведенных формул видно, что умножение или деление двоичного числа на 2 (величину основания) приводит к перемещению

1. ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

1.1. Понятие информации как продукта информационной технологии

запятой, отделяющей целую часть от дробной на один разряд, соответственно вправо или влево. Например:

101,012 * 2 = 1010,12; 101,012/ 2 = 10,1012.

Позиционные системы счисления с произвольным основанием.

Возможно использование множества позиционных систем счисления, основание которых равно или больше 2. В системах счисления с основанием q (q-ичная система счисления) числа в развернутой форме записываются в виде суммы степеней основания q с коэффициентами, в качестве которых выступают цифры 0, 1, q-1:

А q = an−1 qn−1 +an−2 qn−2 +... +a0 q0 +a−1 q−1 +... +a−m q−m .

Коэффициенты ai в этой записи являются цифрами числа, записанного в q-ичной системе счисления.

Так, в восьмеричной системе основание равно восьми (q = 8). Тогда записанное в свернутой форме восьмеричное число А8 = 673,28 в развернутой форме будет иметь вид А8 = 6*82 + 7*81 + 3*80 + 2*8-1.

В шестнадцатеричной системе основание равно шестнадцати (q = 16), тогда записанное в свернутой форме шестнадцатеричное число А16 = 8A,F16 в

развернутой форме будет иметь вид А16 = 8*161 + А*160 + F*16-1.

Перевод чисел из двоичной системы в десятичную. Возюмем,

например, число 10,112. Запишем его в развернутой форме и произведем вычисления:

10,112= 1*21 +0*20+ 1*2-1 + 1*2-2 = 1*2 + 0*1 + 1*1/2 + 1*1/4 = 2,7510.

Перевод чисел из восьмеричной системы в десятичную. Возьмем любое восьмеричное число, например 67,58. Запишем его в развернутой форме и произведем вычисления:

67,58= 6*81 + 7*80+ 5*8-1= 6*8 + 7*1 + 5*1/8 = 55,62510 .

Перевод чисел из шестнадцатеричной системы в десятичную.

Возьмем любое шестнадцатеричное число, например 19F16. Запишем его в развернутой форме (при этом необходимо помнить, что шестнадцатеричная цифра F соответствует десятичному числу 15) и произведем вычисления:

19F16 = 1*162 + 9*161 + F*160 = 1*256 + 9*16 + 15*1 = 41510.

Перевод чисел из десятичной системы в двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную. Алгоритм перевода целых десятичных чисел в двоичную систему счисления будет следующим:

1.Последовательно выполнить деление исходного целого десятичного числа и получаемых целых частных на основание системы (на 2) до тех пор, пока не получится частное, меньшее делителя, то есть меньшее 2.

2.Записать полученные остатки в обратной последовательности.