Структура информатики

Информатика в широком смысле представляет собой единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с переработкой информации главным образом с помощью компьютеров и телекоммуникационных средств связи во всех сферах человеческой деятельности.

Информатику в узком смысле можно представить как состоящую из трех взаимосвязанных частей - технических средств (hardware), программных средств (software), алгоритмических средств (brainware). В свою очередь, информатику, как в целом, так и каждую ее часть обычно рассматривают с разных позиций: как отрасль народного хозяйства, как фундаментальную науку, как прикладную дисциплину.

Лекция 2. Информация, сообщения, сигналы

Информация наряду с материей и энергией является первичным понятием нашего мира и поэтому в строгом смысле не может быть определена. Можно лишь перечислить ее основные свойства, например такие как:

1. информация приносит сведения, об окружающем мире которых в рассматриваемой точке не было до ее получения;

2. информация не материальна, но она проявляется в форме материальных носителей дискретных знаков или первичных сигналах;

3. знаки и первичные сигналы несут информацию только для получателя способного ее распознать.

Вместе с тем слово информация является одним из тех терминов, которые достаточно часто встречаются не только в научных трудах специального характера, но и во множестве обиходных ситуаций и являются интуитивно понятными каждому человеку.

Более того, информация стала настолько важным элементом всех сфер человеческой деятельности, что породила развитие специальной науки – теории информации, которая занимается изучением методов представления сообщений от различных источников и надежной передачи сообщений по каналам связи.

Под информацией обычно понимают совокупность сведений об окружающем мире являющихся объектом хранения, передачи и преобразования.

Данные - это информация, представленная в формализованном виде и предназначенная для обработки ее техническими средствами, например ЭВМ.

Знаки или первичные сигналы, организованные в последовательности, несут информацию не потому, что они повторяют объекты реального времени, а по общественной договоренности об однозначной связи знаков и объектов, например: предметы и слова для их обозначения. Кроме того, первичные сигналы могут быть порождены естественными законами реального мира, например: напряжение на выходе термопары под действием температуры.

Информацию можно рассматривать в различных аспектах:

• семантической или смысловой аспект основан на однозначной связи знаков или сигналов с объектами реального мира.

• синтаксический аспект заключается в характере (порядке и взаимосвязи) следования знаков сообщения.

• сигматический аспект заключается в выборе знаков для обозначения объектов реального мира.

• прагматический – это ценность информации для достижения поставленных целей.

Очевидно, что наибольший практический интерес представляют смысловой и семантический и прагматический аспекты. Однако до сих пор не определены объективные количественные критерии меры ценности и полезности информации.

Для того чтобы более конкретно обозначить предмет этой науки введем некоторые понятия и определения.

Информация передается и хранится в виде сообщений.

Под сообщением понимают совокупность знаков или первичных сигналов содержащих информацию. Иначе говоря, сообщение - это информация представленная в какой-либо форме.

Пример сообщений: текст телеграммы, данные на выходе ЭВМ, речь, музыка и т.д.

Для того чтобы сообщение можно было передать получателю, необходимо воспользоваться некоторым физическим процессом, способным с той или иной скоростью распространяться от источника к получателю сообщения.

Изменяющийся во времени физический процесс, отражающий передаваемое сообщение, называется сигналом.

Сообщения могут быть функциями времени (когда информация представлена в виде первичных сигналов: речь, музыка) или не являться ими (когда информация представлена в виде совокупности знаков).

Сигнал всегда является функцией времени. В зависимости от того, какие значения могут принимать аргумент (время t) и уровни сигналов их делят на 4 типа.

1. Непрерывные или аналоговые сигналы определены для всех моментов времени и могут принимать все значения из заданного диапазона. Чаще всего физические процессы, порождающие сигналы являются непрерывными. Этим и объясняется второе название сигналов данного типа - аналоговые, т.е. аналогичные порождающим процессам.

2. Дискретизированные или дискретно непрерывные сигналы определены лишь в отдельные моменты времени и могут принимать любые значения уровня. Временной интервал t между соседними отсчетами называется шагом дискретизации. Часто такие сигналы называют дискретными по времени.

3. Дискретные по уровню или квантованные сигналы определены для всех моментов времени и принимают лишь разрешенные значения уровней, отделенные друг от друга на величину шага квантования x=x_k+1-x_k

4. Дискретные по уровню и по времени сигналы определены лишь в отдельные разрешенные моменты времени и могут принимать лишь разрешенные значения уровней.

Совокупность технических средств используемых для передачи сообщений от источника к потребителю информации называется системой связи. Общая схема системы связи п редставлена на рисунке.

Она состоит из 5 частей:

1. Источник сообщений создающий сообщения или последовательность сообщений, которые должны быть переданы. Сообщения могут быть разных типов: последовательность букв или цифр как в системах телеграфа и передачи данных. Одна или более функций времени как в системах передачи звука в моно и стерео звучаниях и т.д.

2. Передатчик, который перерабатывает некоторым образом сообщения в сигналы соответственного типа определенного характеристиками используемого канала.

3. Канал - это комплекс технических средств, обеспечивающий передачу сигналов от передатчика к приемнику. В состав канала входит каналообразующая аппаратура, осуществляющая сопряжение выходного и входного сигналов соответственно передатчика и приемника с линией связи, и самой линии связи.

4. Линией связи называется среда, используемая для передачи сигнала от передатчика к приемнику. Это может быть, например: пара поводов, коаксиальный кабель, область распространения радиоволн, световод и т.д. Обычно входными и выходными сигналами линии связи является сигналы типа 1, т.е. непрерывный. Вместе с тем на входе и выходе канала могут присутствовать сигналы и других типов. Канал называется дискретным, если на его входе и выходе присутствуют сигналы дискретные по уровню (сигналы типа 3,4). Если сигналы на входе и выходе канала непрерывны по времени (типа 1 или 2) то он называется непрерывным. В общем случае в процессе передачи в канале сигнал искажается шумом, что соответствует наличию источника шума. Приемник обычно выполняет операцию обратную по отношению к операции, производимой передатчиком, т.е. восстанавливается сообщение по сигналам. Сложность построения приемника обусловлена изменением формы принимаемых сигналов, что связано с наличием шума.

5. Получатель это лицо или аппарат, для которого предназначено сообщение.

Процесс преобразования сообщения в сигнал, осуществляющий в передатчике и обратный ему процесс, реализующий в приемнике называются соответственно кодированием и декодированием.