Основные понятия теории информации

ЭВМ можно рассматривать как преобразователь информации: на вход поступает исходная информация (данные), компьютер выполняет различные преобразования этой информации, после чего на выходе получают результат.

Информацией называют всякие сведения о тех или иных явлениях природы, событиях в общественной жизни и процессах в технических устройствах. Имеется множество определений понятия информации, мы используем то, которое можно применить к ЭВМ – информация – есть все сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования. В данном контексте под информацией нужно понимать не сами предметы и процессы, а их представительные характеристики, отражения или отображения в виде формул, чисел, описаний, чертежей, символов и т.д.

Основными понятиями теории информации являются: сообщение, знак, сигнал, слово. Информация, воплощенная и зафиксированная в материальной форме, называется сообщением. Элемент сообщения условно обозначается знаком. Совокупность знаков, имеющая смысловое значение, представляет слово. Пример: ЭВМ; 10, 354; 1101100…

Информация всегда поступает от какого-либо объекта, который называют источником информации или источником сообщения.

Источники информации могут быть непрерывными или дискретными.

Дискретный источник в конечное время создает конечное количество информации. Дискретные сообщения слагаются из фиксированного набора отдельных элементов (знаков). Набор элементов конечен и называется алфавитом источника информации. С дискретными сообщениями работают цифровые ЭВМ.

Непрерывное сообщение создается непрерывным источником информации и представляется какой-либо физической величиной (электрическим напряжением, током и т.д.), изменения которой отображают протекание рассматриваемого процесса. Физическая величина, передающая непрерывное сообщение, может в определенном интервале принимать любые значения и изменяться в произвольные моменты времени. Поэтому непрерывное сообщение конечной длины, созданное непрерывным источником в конечное время содержит бесконечное количество информации. С непрерывными сообщениями работают аналоговые ЭВМ.

Для представления информации в материально-энергетической форме используют сигналы (электрические, световые, звуковые и т.д.).

В современных вычислительных машинах для кодирования информации используется два состояния «1» и «0». Эта единица информации получила название бит, является наименьшей единицей измерения, используемой для оценки информационной емкости памяти ЭВМ. Как правило, команды компьютеров работают не с отдельными битами, а с восемью битами сразу. Восемь последовательных битов составляют байт. В одном байте можно закодировать значение одного символа из 256 возможных (2 в 8 степени = 256). Более крупными единицами информации являются килобайт (сокращенно Кбайт), равный 1024 байтам (2 в 10 степени = 1024), мегабайт (Мбайт), равный 1024 Кбайтам, гигабайт (Гбайт), равный 1024 Мбайт, и терабайт (Тбайт), равный 1024 Мбайт.

Передача информации

При реализации информационного процесса существует источник и приемник (потребитель) информации. При информационном взаимодействии источника и потребителя информации сообщения, представленные в виде сигналов передаются от источника к приемнику по некоторому каналу связи. В качестве каналов связи могут использоваться непосредственная связь, телефонные и телеграфные каналы, радиоканалы, телеканалы и другие виды связи. При передаче информации по каналам связи возможны потери информации, что приводит к искажениям сообщений и получению недостоверной информации. Вид канала определяет характер и величину помех, которые приводят к искажениям сообщений.

Для решения вопроса передачи информации по каналам связи без искажений необходимо учитывать пропускную способность канала. Эта характеристика канала не зависит от скорости передачи сообщений и равна максимальному количеству единиц информации, которое данный канал связи может передать за одну секунду.

Если принятое сообщение недостоверно, то количество получаемой приемником информации уменьшается на величину неопределенности, вносимой помехами. Если неопределенность источника информации не превышает пропускной способности канала, то существует код, обеспечивающий передачу информации через канал с помехами со сколь угодно малой частотой ошибок. Такие коды можно получить, вводя избыточность в передаваемую информацию, что потребует дополнительных разрядов в коде сообщения. В вычислительной технике для передачи информации широко применяются посылочные корректирующие коды, имеющие дополнительные контрольные разряды. Эти коды имеют различную степень избыточности, от которой и зависит их корректирующая способность. Чтобы можно было не только обнаружить ошибку, возникшую при передаче данных, но и исправить ее, необходимо использовать коды с большей избыточностью (с большим количеством дополнительных разрядов). Примером может служить метод Р.Хэмминга, пользуясь которым можно построить коды различной длины. Эти коды позволяют исправлять все одиночные ошибки, а также исправлять все одиночные ошибки и обнаруживать все двойные ошибки, но не исправлять их.

Код Хэмминга строится таким образом, что к имеющимся информационным разрядам слова добавляется определенное число контрольных разрядов, которые формируются перед передачей информации путем подсчета четности суммы единиц для определенных групп информационных разрядов.

Контрольная аппаратура на приемном конце образует из принятых сигналов путем аналогичных подсчетов четности корректирующее число, которое равно 0 при отсутствии ошибки либо указывает место ошибки, например, двоичный номер ошибочного разряда в слове. Ошибочный разряд автоматически корректируется путем изменения его состояния на противоположное.

Предметное содержание информации позволяет уяснить ее основные свойства -достоверность и полноту, ценность н актуальность, ясность и понятность.     Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел. Недостоверная информация может привести к неправильному пониманию или принятию неправильных решений.   Информация полная, если ее достаточно для понимания и принятия решений. Неполнота информации сдерживает принятие решений или может повлечь ошибки.

Ценность информации зависит от того, какие задачи мы можем решить с ее помощью. Актуальную информацию важно иметь при работе в изменившихся условиях.     Если ценная и актуальная информация выражена непонятными словами, она может стать бесполезной. Информация становится понятной, если она выражена языком, на котором говорят те, кому предназначена эта информация.     Виды информации: тексты, рисунки, фотографии, звуковые сигналы, электрические сигналы, магнитные записи и т.д. В процессе развития человеческого общества люди выработали большое число языков. Среди них - язык жестов и мимики, язык рисунков и чертежей, язык музыки и разговорные языки, и т.д.     Основой большинства языков является алфавит. Алфавит -это набор символов, из которых можно составлять слова и фразы данного языка.

Примеры алфавитов:     1. Латинский алфавит: А, В, С, D, E, F, G, Н, I, J, К, Е, М, X, О, Р, R, Q, S, T, U, V, W, X, Y, Z.     2. Русский алфавит:  А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, З, Й, К, Л, М, Н, O, П, Р, С, Т, У, Ф, Х, Ц, Ч, Щ, Ш, Ъ, Ь, Ь, Э, Ю, Я.     3. Алфавит натуральных чисел: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.     4. Алфавит двоичных чисел: 0, 1.