ІС та ІТ - ЧАСТИНА 1

”працююча ” частина знань. Представником цієї концепції є академік В.Г.

Афанасьев.

Сучасні вчені вважають, що інформація за своїм обсягом і важливістю є продуктом, який можна порівняти з усіма іншими продуктами нашої цивілізації. Від її запасів та впорядкованості залежить спосіб розв'язання тієї чи іншої проблеми. Тобто вона первинний продукт, який треба переробити для отримання інших продуктів.

Продуктом інтелектуальної діяльності найбільш кваліфікованої й творчо активної частини працездатного населення сьогодні є інформаційні ресурси. Інформаційні ресурси це сукупність інформації, що використовується в усіх сферах людської діяльності: виробництві, науці та техніці, управлінні суспільством. Вона є організованою та обробляється спеціальним чином. Сьогодні це поняття застосовується поряд з такими поняттями, як матеріальні, енергетичні та трудові ресурси.

Але постає проблема споживання інформації. Людина не може охопити і маленької частки того потоку, який проходить за різними інформаційними каналами кожного дня. Цю проблему можна вирішити тільки шляхом впорядкування інформації, її сортування і спеціалізації. За останні роки ми стали свідками корінних змін у галузі збору, збереження і використання інформації. Чимало з цих змін зумовлені доступністю потенціально значущої для нас інформації, високою швидкістю її опрацювання і видачі користувачу.

Будь-яку речовину можна охарактеризувати з допомогою її властивостей, наприклад: тверда, легкоплавка, білого кольору тощо.

Інформація також має властивості, хоч вони не настільки очевидні, як властивості речовини.

До найбільш важливих властивостей інформації слід віднести:

корисність, актуальність, об’єктивність та суб’єктивність, повнота,

достовірність, адекватність, доступність.

Часто спостерігаємо, що деякі люди відразу реагують на певну інформацію, тоді як інших ця інформація залишає байдужими. Справа в

тому, що інформація буває важливою (корисною) для однієї людини і несуттєвою (у певному розумінні її можна назвати непотрібною) – для іншої,

оскільки вона не може їх використати. Корисність – це одна з властивостей інформації.

Іншою властивістю інформації є її актуальність. Наприклад, для пасажира важлива інформація про час відправлення потяга, на якому він збирається їхати. Однак ця інформація втрачає свою актуальність після того,

як потяг (на який він, можливо, не встиг) уже поїхав.

Серед інших властивостей інформації можна назвати достовірність.

Якщо громадяни дізналися про повінь у Карпатах з інформаційної телепрограми, у якій показано наслідки повені, така інформація, швидше за все, буде достовірною. А якщо почули від приятеля про виверження вулкана десь в Антарктиці, її можна відразу визнати недостовірною. Розрізняють недостовірну інформацію, отриману в результаті навмисного перекручування

(дезінформацію), і недостовірну інформацію як таку, що зазнала змін внаслідок перешкод.

Інформація може бути об'єктивною або суб'єктивною (може залежати або не залежати від думки будь-кого). Наприклад, повідомлення «вода у морі холодна» є суб'єктивним, тому що комусь вода може справді видатися холодною, а комусь – якраз. Водночас повідомлення гідрометеослужби

«температура води + 17 градусів» надасть цілком об'єктивну інформацію, що допоможе кожній людині визначитися.

Істотною властивістю і водночас вимогою до інформації є можливість її розпізнавання. Інформація стає доступною лише за умови розпізнавання знаків і сигналів, з допомогою яких вона передається. У багатьох реальних системах на корисний інформаційний сигнал накладаються перешкоди – шуми, що погіршують умови розпізнавання інформації.

Якщо людина має прийняти рішення, базуючись на певній інформації,

вона спочатку оцінить її повноту: чи достатньо її, повна чи неповна вона для цього.

Нарешті, інформація є нематеріальною категорією, проте вона може проявлятися тільки через матеріальні процеси – сигнали. Будь-які перетворення інформації вимагають перетворення фізичних об'єктів.

3.2. Предмет інформатики та її місце в системі наук

Інформатика – це комплексна, технічна наука, що систематизує прийоми створення, збереження, відтворення, обробки та передачі даних засобами обчислювальної техніки, а також принципи функціонування цих засобів та методи керування ними.

Термін “інформатика ” походить від французького слова «informatique»

і утворене з двох слів: інформація та автоматика. Запроваджено цей термін у Франції в середині 1960-х років XX ст., коли розпочалося широке використання обчислювальної техніки. Тоді в англомовних країнах увійшов до вжитку термін “Computer Science” для позначення науки про перетворення інформації, що ґрунтується на використанні обчислювальної техніки. Тепер ці терміни є синонімами. Поява інформатики зумовлена виникненням і поширенням нової технології збору, оброблення та передачі інформації,

пов’язаної з фіксацією даних на машинних носіях.

Розглянемо місце науки інформатики в системі наук, що традиційно склалася (технічних, природних, гуманітарних тощо). Уточнимо, що таке фундаментальна наука і що таке природна наука. До фундаментальних прийнято відносити ті науки, основні поняття яких носять загальнонауковий характер, використовуються в багатьох інших науках і видах діяльності.

Немає, наприклад, сумнівів у фундаментальності таких різних наук як математика і філософія. У цьому ж ряду і інформатика, оскільки поняття

«інформація», «процеси обробки інформації» поза сумнівом мають загальнонаукову значущість.

Природні науки – фізика, хімія, біологія та інші – мають справу з об'єктивною суттю світу, що існує незалежно від нашої свідомості.

Віднесення до них інформатики відображає єдність законів обробки

та програмного забезпечення (програмно-апаратний інтерфейс); взаємодія

людини з апаратними та програмними засобами (інтерфейс користувача).

Основною задачею інформатики як практичної науки є систематизація прийомів та методів роботи з апаратними та програмними засобами обчислювальної техніки.

На всіх етапах технічного забезпечення інформаційних процесів для інформатики ключовим питанням є ефективність, яку для апаратних засобів розуміють як співвідношення продуктивності обладнання до його вартості, а

для програмного забезпечення - продуктивність користувачів, які з ним працюють.

3.3. Технологія передачі інформації. Поняття інформаційного каналу

Сучасне суспільство – генератор великих обсягів інформації. Зараз важко собі уявити розміри цього інформаційного масиву: телеграми, листи,

мовні повідомлення, метеоповідомлення, банківські рахунки, газети,

журнали, телевізійні програми.

В інформатиці розглядається аналогова інформація і цифрова. Різниця між ними, перш за все, в тому, що аналогова інформація безперервна, а

цифрова - дискретна.

Людина завдяки своїм органам почуттів звикла мати справу з аналоговою інформацією, а основні засоби обчислювальної техніки, зокрема персональні комп’ютери, навпаки, працюють з цифровою.

Світло, звук, тепло - це енергетичні сигнали, а смак і запах - це результат впливу хімічних сполук, в основі яких також лежить енергетична природа.

Людина відчуває енергетичні впливи безперервно і може ніколи не зустрітися з однією і тією ж їх комбінацією двічі. Немає двох однакових зелених листків на одному дереві і двох абсолютно однакових звуків - це інформація аналогова. Якщо ж різним кольорам дати номери, а різним звукам

- ноти, то аналогову інформацію можна перетворити у цифрову.

Передача великих інформаційних потоків на значні відстані

здійснюється з допомогою кабельних, радіорелейних і супутникових ліній зв'язку. Сьогодні вже маємо широке застосування оптичного зв'язку по оптичним кабелям. Сучасні системи зв'язку здатні передавати повідомлення в будь-якій формі: телеграфні, телефонні, телевізійні, масиви даних, друкарські матеріали, фотографії тощо.

Відповідно до специфіки переданих повідомлень організується канал,

що являє собою комплекс технічних засобів, який забезпечує передачу сигналів від джерела до споживача (Рис. 3.1.).

Рис. 3.1. Структура системи передачі інформації.

Інформація передається у вигляді повідомлень від деякого джерела інформації до її приймача за допомогою каналу зв'язку між ними. Джерело посилає передане повідомлення, яке кодується в сигнал, що передається. Цей сигнал посилається по каналу зв'язку. У результаті в приймачі з'являється прийнятий сигнал, який декодується і стає прийнятим повідомленням.

Передача інформації через канал зв'язку часто супроводжується впливом перешкод, що викликають спотворення і втрату інформації.

До головних параметрів, що характеризують канал зв'язку, відносяться:

ширина смуги пропускання, припустимий динамічний діапазон змін амплітуди сигналу, а також рівень перешкод.

Будь-яка подія чи явище може бути виражене по-різному, різними способами, різним алфавітом. Щоб інформацію більш точно і економно передати по каналах зв'язку, її треба відповідно закодувати.

Інформація не може існувати без матеріального носія, без передачі енергії. Закодоване повідомлення набуває вигляду сигналів-носіїв інформації, які йдуть по каналу. Вийшовши на приймач, сигнали знову повинні бути перетворені у загальнозрозумілу форму з допомогою

декодуючого пристрою. Сукупність пристроїв, предметів або об'єктів,

призначених для передачі інформації (електричних сигналів) від одного з них, що назване джерелом, до іншого, іменованого приймачем, називається

каналом передачі інформації або інформаційним каналом. Входи каналу підключаються до передавача, а виходи – до приймача. Неодмінною складовою будь-якого каналу є лінія зв'язку – дротова, кабельна, радіо,

мікрохвильова, оптична, супутникова.

Прикладом може служити телефон. При телефонної передачі джерело повідомлення - говорить. Кодуючий пристрій перетворює звуки слів в електричні імпульси – це мікрофон. Канал, по якому передається інформація, - це телефонний дріт. Частина трубки, яку ми підносимо до вуха, виконує роль декодуючого пристрою - електричні сигнали знову перетворюються на звуки. Інформація надходить в "приймаючий пристрій" – це вухо людини на іншому кінці дроту. Канал включає в себе телефонні апарати (пристрої),

дроти (предмети) і апаратуру АТС (пристрої). Особливістю цього інформаційного каналу є така обставина, що початкова інформація, подана у вигляді звукових хвиль, потім перетворюється в електричні коливання і лише потім передається. Такий канал називається каналом з перетворенням інформації. В даному випадку маємо приклад передачі аналогової інформації

(безперервного сигналу).

Комп'ютер – це вже приклад передачі цифрової інформації. Окремі його системи передають одна одній інформацію з допомогою сигналів. Комп'ютер

- пристрій для обробки інформації (як верстат - пристрій для обробки металу), він не створює з "нічого" інформацію, а перетворює те, що в нього введено. Комп'ютер є інформаційним каналом з перетворенням інформації:

інформація надходить із зовнішніх пристроїв (клавіатура, диск, мікрофон) як аналоговий сигнал, далі перетворюється у внутрішній код (цифровий сигнал)

і обробляється. Після чого знову перетворюється в аналоговий сигнал,

придатний для сприйняття зовнішніми вихідними пристроями (монітором,

принтером, динаміками тощо), яким він передається.

Повідомлення для передачі повинно бути попередньо перетворене на сигнал, під яким розуміється фізична величина, що змінюється адекватно повідомленню. Процес перетворення повідомлення на сигнал називається

кодуванням.

Проходження сигналів по каналу зв'язку завжди супроводжується перекручуванням та впливом перешкод. Тому головною функцією приймача є розпізнавання переданого сигналу в прийнятих коливаннях. Цю операцію приймач робить у процесі демодуляції (детектування, англійською detection –

виявлення), тобто в процесі виділення переданого сигналу, після чого він перетворюється на повідомлення.

У сучасних цифрових системах зв'язку головні функції передавача і приймача виконує пристрій, що називається модемом. Це сукупність передавача та приймача в одному корпусі для здійснення провідного дуплексного зв'язку. Якщо термінал знаходиться на значній відстані від комп'ютера, наприклад, у сусідньому будинку чи в іншому місті, або зв'язок користувача з комп'ютером відбувається з допомогою звичайної телефонної мережі, необхідні прийомопередавачі на кінцевих пунктах лінії. Ці функції виконує модем. Модеми, що випускаються в даний час, є різноманітними за конструкцією, але, як правило, складаються з інтерфейсної частини для з'єднання з комп'ютером, кодера і декодера, модулятора та демодулятора.

Максимально можлива швидкість передачі інформації по каналу зв'язку за фіксованих обмежень називається ємністю каналу, позначається через С й має розмірність біт/с:

C=V/t (4),

де V – об'єм інформації (біт), t – час (сек).

Така одиниця має ще іншу назву – бод.

Сьогодні інженери створили нову технологію супершвидкої передачі інформації, що дозволяє передавати з допомогою всього одного лазерного променя до 26 терабіт даних в секунду. За словами розробників, з подібною

швидкістю найбільшу бібліотеку в світі - американську Бібліотеку Конгресу

- в цифровому вигляді можна було б передати за 10 секунд.

3.4. Принципи кодування та одиниці виміру інформації

Всі цифрові технології засновані на методах кодування і передачі інформації. Розглянемо головні принципи кодування, поняття двійкового коду та одиниці виміру цифрової інформації.

До цифрових пристроїв, перш за все, відносять персональні комп'ютери,

оскільки вони працюють з цифровою формою інформації. Комп'ютер - це цифровий пристрій, тобто електронний пристрій, в якому робочим сигналом є дискретний сигнал.

Як відомо, робота комп'ютера ґрунтується на двох принципах:

двійкового кодування команд і даних та програмного управління.

3.4.1. Кодування і декодування цифрової інформації. Поняття двійкового коду. Одиниці виміру цифрової інформації

Сьогоднішні комп'ютери оперують дискретними сигналами, що несуть двійкові значення, умовно позначені як «так» і «ні» (на електричному рівні: 0

вольт і V вольт, для деякого ненульового значення V). З допомогою одного двійкового сигналу за один крок можна передати інформацію про один із двох положень: 0 («так») або 1 («ні»). З допомогою N двійкових сигналів за один крок можна передати інформацію про один з 2 N положень (2 N - це число комбінацій нулів і одиниць для N сигналів).

Взаємодія всіх складових комп'ютера відбувається шляхом обміну та обробки одного або одночасно декількох двійкових сигналів. Всі коди управління і сама інформація, що обробляється, подається у вигляді чисел.

Згідно з принципом двійкового кодування, всі дані та програми їх опрацювання представлені двійковими кодами. Сукупність правил, за якими виконується кодування, називається кодом Інакше кажучи, код – це правило відображення інформації. Кодування - це подання за визначеними

правилами дискретних повідомлень у деяких комбінаціях, складених з визначеної кількості елементів. Ці елементи називають елементами коду, а

кількість різноманітних елементів, з яких складаються комбінації, основою коду. Правило кодування зазвичай виражається кодовою таблицею, в якій кожному сигналу повідомлення відповідає визначена кодова комбінація.

Кодове подання дискретних значень сигналу здійснюється з допомогою цифр, але не обов’язково десяткових. Якщо для подання дискретних повідомлень складають комбінації із різноманітних сполучень 0

та 1, маємо код з основою два або двійковий код. Наприклад, число 25 у

двійковій системі числення виглядатиме так: 1 х 24 + 1 х 2 3 +0 х 2 2 + 0 х 21 + 1 х 20 = 25,

і це число запишеться в послідовності розрядів як 11001.

Група двійкових знаків, що обробляється одночасно, називається машинним словом, а кількість двійкових знаків у слові довжиною слова.

Слово є базовою логічною одиницею інформації в комп’ютері. За одиницю інформації взята кількість інформації, що укладена у виборі однієї з двох рівно ймовірних подій. Ця одиниця називається двійковою одиницею, або

бітом (binary digit, binary unit) bit. Отже біт це один двійковий розряд, в

який можна записати лише 1 або 0. Подія є 1, події немає 0.

У комп'ютерній техніці біт відповідає фізичному стану носія інформації: намагнічене - не намагнічене, є отвір - немає отвору. При цьому один стан прийнято позначати цифрою 0, а інший - цифрою 1. Вибір одного з двох можливих варіантів дозволяє також розрізняти логічні істину і хибність.

Послідовністю бітів можна закодувати текст, зображення, звук або будь-яку іншу інформацію.

В інформатиці часто використовується величина, яка називається

байтом (byte) і дорівнює 8 бітам. І якщо біт дозволяє вибрати один варіант з двох можливих, то байт, відповідно, 1 з 256 (28).

Біт - найменша одиниця подання інформації. Байт - найменша одиниця обробки і передачі інформації.