Вид хранимой информации определяет. Обработка информации. Виды обработки информации
Информатикой называется прикладная инженерная дисциплина, изучающая основные формы представления и способы обработки информации в современных компьютерных системах, аппаратное и программное обеспечение этих систем, а также основные принципы их функционирования.
Исходя из этого определения, предметом исследования дисциплины информатики являются следующие разделы:
Основные формы представления информации;
Основные способы обработки информации;
Современные компьютерные системы;
Основные принципы их функционирования.
Основные формы представления информации . Понятие информации является основным в дисциплине «Информатика» и вытекает из самого ее названия. Однако здесь необходимо отметить, что, несмотря на то, что с этим понятием мы сталкиваемся ежедневно, строго научного, общепринятого определения понятия информации не существует. Это объясняется тем, что понятие информации наряду с понятиями материи и энергии является первичными и неопределяемым в рамках современной науки понятием.
С практической точки зрения информация всегда выступает в виде информационных сообщений (сигналов) , которые являются ее материальными носителями . Это, в свою очередь, предполагает наличие:
Источника информации;
Приемника информации;
Канала передачи информации.
Без этих основных элементов информация не существует.
Информационные сообщения от источника информации к приемнику всегда выступают в материально-энергетической форме: электромагнитной, световой, звуковой и т.д. И могут передаваться в двух формах: непрерывный (аналоговый) , дискретный (цифровой) .
Зарегистрированные дискретные (цифровые) информационные сообщения образуют данные. Таким образом, в «Информатике » информация представляется в виде набора данных, которые и обрабатываются современными компьютерными системами .
Основные способы обработки информации (данных) имеет очень широкий диапазон, который включает в себя следующие основные операции:
сбор, накопление, сортировка, преобразование, хранение и т.д.
Современные компьютерные системы – это совокупность различных технических устройств для обработки информации (данных). Они включают в себя:
Современные персональные компьютеры;
Современные компьютерные сети.
Современные персональные компьютеры представляют собой технические устройства индивидуального пользования для обработки информации (английское слово COMPUTER обозначает устройство для обработки информации).
Современные компьютерные сети представляют собой распределенные технические устройства для обработки информации.
Современные компьютерные системы представляют собой совокупность двух равноправных составляющих: аппаратного (HARDWARE) и программного (SOFTWARE) обеспечения, которые взаимодействуют в процессе обработки информации.
Аппаратное обеспечение (HARDWARE) – это набор технических средств (аппаратуры), обеспечивающих обработку информации в современных компьютерных системах.
Программное обеспечение (SOFTWARE) – это набор программ, обеспечивающих функционирование аппаратного обеспечения современных компьютерных систем по обработке информации. Без программного обеспечения современные компьютерные системы не могут функционировать (превратятся в «мертвое железо»).
Основные принципы функционирования современных персональных компьютеров были разработаны американским математиком фон-Нейманом в 1945 г. и включает в себя:
- принцип программного управления
- принцип разделения вычислительная система на устройства управления (УУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ), устройств памяти (УП), устройство ввода (Увв), устройства вывода (Увыв).
- принцип двоичного кодирования
Урок №3
Тема: Информатика. Информация. Виды информации и способы ее обработки.
Цель урока : познакомить с понятиями «информация», «информация», свойства информации, видами информации и существующими способами ее обработки;
Задачи:
Образовательная: помочь учащимся усвоить понятие информации, свойства информации, видами информации и существующими способами ее обработки, дать первые основные понятия, необходимые для начала работы на компьютере, дать понятия мышки, указателя, кнопки, главного меню, первичное понятие окна, научить пользоваться мышью и визуальными средствами управления, освоить три основных действия мышкой – щелчок, двойной щелчок, взять и растянуть.
Развивающая: развитие познавательных интересов, навыков работы с мышью и клавиатурой, самоконтроля, умения конспектировать;
Воспитательная: воспитание информационной культуры учащихся, внимательности, аккуратности, дисциплинированности, усидчивости.
Дидактические основы урока :
Методы обучения : объяснительно-иллюстративный.
Тип урока: объяснение нового материала;
Формы учебной работы учащихся : индивидуальная работа.
Оборудование: доска, компьютер, опорные конспекты, компьютерная презентация.
План урока:
Орг. момент (1 мин.);
Актуализация знаний. (3 мин)
Объяснение нового материала (20 мин.);
Практическая работа (12 мин.);
Домашнее задание (2 мин.);
Вопросы учеников (5 мин.);
Итог урока (2 мин.)
Ход урока:
Этапы урока
Деятельность учителя
Деятельность учащихся
Орг. момент
- приветствие, проверка присутствующих;
Сообщение темы урока, его целей и задач;
Краткий план деятельности.
Записывают тему урока в тетради.
Актуализация знаний
На прошлом уроке мы говорили о появлении термина «информатика». Давайте вспомним, откуда происходит «информатика», что это за наука, что она изучает и что такое компьютер.
Информатика – это техническая наука, определяющая сферу деятельности, связанную с процессами хранения, преобразования и передачи информации с помощью компьютера.
Компьютер – универсальный прибор для обработки информации.
То есть мы учимся работать с информацией с помощью компьютера. Поэтому сегодня мы поговорим о том, что такое информация.
Рассказ учителя.
Ученики конспектируют определения в тетради.
Объяснение нового материала
Познавая окружающий мир, каждый из нас формирует свое представление о нем. Ежедневно мы узнаем что-то новое - получаем информацию. Термин «информация» в переводе с латинского означает «разъяснение, изложение, набор сведений». Информация - это очень емкое и глубокое понятие, которому не просто дать четкое определение.
Информацию вы получаете из разных источников: когда читаете, слушаете, смотрите телепередачу или разглядываете картину, дотрагиваетесь до предмета или пробуете какую-нибудь еду.
Информация несет человеку знания об окружающем мире. В наши дни человечество накопило огромное количество информации! Подсчитано, что общая сумма человеческих знаний до недавнего времени удваивалась каждые 50 лет. Сейчас объем информации удваивается через каждые два года. Представьте себе колоссальную библиотеку, содержащую эти сведения! От умения человека правильно воспринимать и обрабатывать информацию зависит во многом его способность к познанию окружающего мира.
Мир вокруг нас полон всевозможных образов, звуков, запахов, и всю эту информацию доносят до сознания человека его органы чувств: зрение, слух, обоняние, вкус и осязание. С их помощью человек формирует свое первое представление о любом предмете, живом существе, произведении искусства, явлении и пр.
Глазами люди воспринимают зрительную информацию;
Органы слуха доставляют информацию в виде звуков;
Органы обоняния позволяют ощущать запахи;
Органы вкуса несут информацию о вкусе еды;
Органы осязания позволяют получить тактильную информацию.
Виды информации, которые человек получает с помощью органов чувств, называют органолептической информацией. Практически 90% информации человек получает при помощи органов зрения, примерно 9% - посредством органов слуха и только 1% - при помощи остальных органов чувств.
Люди, обмениваясь между собой информацией, постоянно должны задавать себе вопросы: понятна, актуальна и полезна ли она для окружающих, достоверны ли полученные сведения. Это позволит лучше понять друг друга, найти правильное решение в любой ситуации. Вы постоянно анализируете свойства информации, часто не придавая этому значения. В повседневной жизни от свойств информации часто зависят жизнь и здоровье людей, экономическое развитие общества.
Воспринимая информацию с помощью органов чувств, человек стремится зафиксировать ее так, чтобы она стала понятной и другим, представляя ее в той или иной форме.
Музыкальную тему композитор может наиграть на пианино, а затем записать с помощью нот. Образы, навеянные все той же мелодией, поэт может воплотить в виде стихотворения, хореограф выразить танцем, а художник - в картине.
Человек выражает свои мысли в виде предложений, составленных из слов. Слова, в свою очередь, состоят из букв. Это - алфавитное представление информации.
Форма представления одной и той же информации может быть различной. Это зависит от цели, которую вы перед собой поставили.
Таким образом, информацию можно представить в различной форме:
в знаковой письменной
символьную в виде текста, чисел, различных символов (текст учебника);
графическую (географическая карта);
табличную (таблица по физике);
в виде жестов или сигналов (светофор);
устной словесной (разговор).
Форма представления информации очень важна при ее передаче. В разные времена люди передавали информацию в различной форме с помощью: речи, дыма, забавного боя, звона колоколов, письма, телеграфа, радио, телефона, факса. Независимо от формы представления и способа передачи информации, она всегда передается с помощью какого-либо языка.
Основу любого языка составляет алфавит - набор однозначно определенных знаков (символов), из которых формируется сообщение.
Языки делятся на естественные (разговорные) и формальные. Алфавит естественных языков зависит от национальных традиций. Формальные языки встречаются в специальных областях человеческой деятельности (математике, физике, химии и т. д.). В мире насчитывается около 10 000 разных языков, диалектов, наречий. Многие разговорные языки произошли от одного и того же языка. Например, от латинского языка образовались французский, испанский, итальянский и другие языки.
Каждый народ имеет свой язык, состоящий из набора символов (букв): русский, английский, японский и многие другие. Вы уже познакомились с языком математики, физики, химии. Представление информации с помощью какого-либо языка часто называют кодированием.
Код - набор символов (условных обозначений) для представления информации.
Кодирование - процесс представления информации в виде кода.
Вы встречаетесь с кодированием информации при переходе дороги по сигналам светофора. Код определяет цвета светофора - красный, желтый, зеленый, основу естественного языка, на котором общаются люди, тоже положен код. Только в этом случае он называется алфавитом. При разговоре этот код передается звуками, при письме - буквами. Одну и туже информацию можно представить с помощью различных кодов. Например, запись разговора можно зафиксировать посредством русских букв или специальных стенографических значков.
По мере развития техники появлялись разные способы кодирования информации. Во второй половине XIX века американский изобретатель Сэмюель Морзе изобрел удивительный код, который служит человечеству до сих пор. Информация кодируется тремя «буквами»: длинный сигнал (тире), короткий сигнал (точка) и отсутствие сигнала (пауза) для разделения букв. Таким образом, кодирование сводится к использованию набора символов, расположенных в строго определенном порядке.
Люди всегда искали способы быстрого обмена сообщениями. Для этого посылали гонцов, использовали почтовых голубей. У народов существовали различные способы оповещения о надвигающейся опасности: барабанный бой, дым костров, флаги и т. д. Однако использование такого представления информации требует предварительной договоренности о понимании принимаемого сообщения.
Знаменитый немецкий ученый Готфрид Вильгельм Лейбниц предложил еще в XVII веке уникальную и простую систему представления чисел. «Вычисление с помощью двоек... является для науки основным и порождает новые открытия... при сведении чисел к простейшим началам, каковы 0 и 1, везде появляется чудесный порядок».
Сегодня такой способ представления информации, с помощью языка содержащего два символа 0 и 1, широко используется в технических устройствах.
Эти два символа 0 и 1 принято называть битами (от англ. binary digit – двоичный знак).
Бит – наименьшая единица измерения информации и обозначается двоичным числом.
Более крупной единицей изменения объема информации принято считать 1 байт, который состоит из 8 бит.
1 байт = 8 битов.
Инженеров такой способ кодирования привлек простотой технической реализации - есть сигнал или нет сигнала. С помощью этих двух цифр можно закодировать любое сообщение.
Название
Условное обозначение
Соотношение с другими единицами
1 Кбит = 1024 бит = 210 бит ≈ 1000 бит
1 Мбит = 1024 Кбит = 220 бит ≈ 1 000 000 бит
1 Гбит = 1024 Мбит = 230 бит ≈ 1 000 000 000 бит
Килобайт
Кбайт (Кб)
1 Кбайт = 1024 байт = 210 байт ≈ 1000 байт
Мегабайт
Мбайт (Мб)
1 Мбайт = 1024 Кбайт = 220 байт ≈ 1 000 000 байт
Гигабайт
Гбайт (Гб)
1 Гбайт = 1024 Мбайт = 230 байт ≈ 1 000 000 000 байт
Ученики конспектируют определения и основные моменты в тетради.
На столах лежать опорные конспекты по теме.
Практическая часть
На этом занятии мы поработаем с программой «Звукозапись». Стандартное приложение Звукозапись играет роль цифрового магнитофона и позволяет записывать звук и сохранять в файлах в формате *.wav. Также эта программа позволяет редактировать звуковые файлы, накладывать друг на друга, а так же воспроизводить.
Запустите программу Звукозапись, для этого щелкните «Пуск→Все программы→Стандартные→Развлечение→Звукозапись».
Учитель объясняет интерфейс программы, назначение кнопок.
Далее учащиеся записывают звук с помощью микрофона. К записанному звуку применяют различные эффекты (увеличить/уменьшить скорость, увеличить/уменьшить громкость, добавить эхо, обратить (см. передачу «Хорошие шутки» на СТС).
Для перезаписи звука передвиньте бегунок и включите запись. Для удаления воспользуйтесь меню «Правка».
Учащиеся знакомые с компьютером пробуют сохранить и микшировать файлы.
Домашнее задание
Учебник: параграф 2,3 стр. 12-21
Знать, что такое информация, свойства информации, единицы измерения объема информации.
Записывают в дневники
Вопросы учеников
Ответы на вопросы учащихся.
Задают вопросы по новому учебному материалу
Итог урока
Подведение итога урока. Выставление оценок.
На уроке мы узнали, что же такое информация, обсудили свойства и формы представления информации, познакомились с двоичным кодом и узнали в каких единицах измеряется информация.
Так же мы научись с помощью программы «Звукозапись» записывать и редактировать звуки.
Контрольная работа по «Теории информационных процессов и систем»
Выполнила: Гринюк Е.В.
Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса
Кафедра РТ и ИС
Введение
Обмен информацией был и является одной из отличительных особенностей человеческой деятельности. Общение людей друг с другом, их взаимоотношения с внешним миром, их производственная, научная и общественная деятельность тесно связаны с информационными процессами – процессами восприятия, передачи, обработки, поиска, хранения и отображения информации. Без обмена информацией невозможно управление различными объектами, организация производственной, научной и общественной жизни человека. Процессы общения также неразрывно связаны с информационным обменом, коммуникацией, установлением информационных связей между обучаемыми и обучающим.
Накопление человечеством опыта и знаний при освоении природы смешалось с освоением информации.
Сначала из поколения в поколение информация передавалась устно. Это были сведения о профессиональных навыках, например о приемах охоты, обработки охотничьих трофеев, способах земледелия и др. Но затем информацию стали фиксировать в виде графических образов окружающего мира. Так, первые наскальные рисунки, изображающие животных, растения, людей, появились примерно 20 – 30 тыс. лет назад.
Поиск более современных способов фиксирования информации привел к появлению письменности. Вначале люди записывали расчеты с покупателями, а затем написали и первое слово.
1. Что такое информация, информационный процесс.
В обыденной жизни информацию отождествляют с понятиями «сообщение», «сведения», «данные», «знания». Такое соотношение допустимо лишь до некоторой степени, так как у всех этих понятий есть одно общее важное свойство – они обозначают нечто, являющееся отображением реальных объектов и процессов. Однако, как только ставится вопрос о совершенствовании информационных процессов, подобное понимание термина «информация» обнаруживает ряд недостатков. Так, очевидным является то, что целью функционирования информационных систем не может быть выдача как можно большего количества информации (показателей, документов). Один лаконичный, грамотно составленный документ чаще всего полезнее «информативнее», чем несколько документов. Взяв ряд исходных показателей, можно получить множество различных производных, но увеличение числа последних не обязательно будет отражать прирост полезных сведений (знаний).
Следовательно, данные или сообщения содержат нечто такое, от чего зависит их сравнительная ценность, ради чего они собираются, передаются и обрабатываются. Именно поэтому под термином «информация» чаще всего понимают содержательный аспект данных, проводя, таким образом, различие между информацией и данными. Термин «данные» происходит от латинского слова data – факт, а термин «информация» – от латинского «informatio», что означает разъяснение, изложение.
В строго научном плане понятие «информация» связывается с вероятностью осуществления того или иного события. И чем выше вероятность конкретного исхода (результата) этого события, тем меньше количество информации возникает после его осуществления и наоборот. Следовательно, ИНФОРМАЦИЯ – это мера устранения неопределенности в отношении исхода интересующего нас события. Причем характерным является то обстоятельство, что информативность сообщения (количество информации в нем) не всегда пропорциональна объему (длине) этого сообщения.
Информация не существует сама по себе, так как она подразумевает наличие объекта (источника), отражающего информацию, и субъекта (приемника, потребителя), воспринимающего ее. Всякое событие, всякое явление служит источником информации.
Процесс передачи информации от источника к получателю называется Информационным процессом.
При телефонной передаче источник сообщения - говорящий. Кодирующее устройство, изменяющее звуки слов в электрические импульсы, - это микрофон. Канал, по которому передается информация - телефонный провод. Та часть трубки, которую мы подносим к уху, играет роль декодирующего устройства. Здесь электрические сигналы снова преобразуются в звуки. И, наконец, информация поступает в «принимающее устройство» - ухо человека на другом конце провода.
|
Общая схема передачи информации.
Информация - произвольная последовательность символов, т.е. любое слово, каждый новый символ увеличивает количество информации. Как же измерить количество информации? Для этого, как впрочем и для измерения длины, массы и т.д. нужен эталон. Какое же слово взять в качестве эталона информации? Прежде, чем выбрать это слово необходимо выбрать алфавит - материал, из которого будет сделано это слово. Обычно алфавит берут двухсимвольным. Например, он может состоять из цифр 1 и 0. Эталоном считается слово, состоящее из одного символа такого алфавита. Количество информации, содержащееся в этом слове, принимают за единицу, названную битом. Имея эталон количества информации можно сравнить любое слово с эталоном. Проще сравнивать те слова, которые записаны в том же двухсимвольном алфавите.
ЦЕННОСТЬ ИНФОРМАЦИИ
Количество информации в двух сообщениях может быть совершенно одинаковым, а смысл совершенно разным. Два слова, например «Мир» и «Рим», содержат одинаковое количество информации, состоят из одних и тех же букв, но смысл слов различен.
В повседневной жизни, как правило, оцениваются полученные сведения со смысловой стороны: новые сведения воспринимаем не как определенное количество информации, а как новое содержание.
Пассажиры едут в автобусе. Водитель объявляет остановку. Кое-кто выходит, остальные не обращают внимания на слова водителя - переданную им информацию. Почему? Потому что информация здесь имеет разную ценность для получателей, в роли которых в этом примере выступают пассажиры. Вышел тот, для кого информация была ценна. Значит, ценность можно определить как свойство информации, влияющей на поведение ее получателя.
2. Определение информационных систем и информационных технологий, их различия.
Информационная система – это коммуникационная система по сбору, передаче и переработке информации об объекте. Это прикладная программная подсистема, ориентированная на поиск, сбор, обработку и хранение информации. Каждый базовый компонент информационной системы является самостоятельной системой, имеет определенную структуру построения и цели функционирования.
Термин «технология» (от греческое «techne» – искусство, умение, мастерство и греческого «logos» – понятие, учение) определяется как совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материалов или полуфабрикатов, осуществляемых в процессе производства конечной продукции.
Технология неразрывно связана с машинизацией производственного или непроизводственного, прежде всего управленческого процесса. Управленческие технологии основываются на применении компьютеров и телекоммуникационной техники.
Согласно определению, принятому ЮНЕСКО, информационная технология – это комплекс взаимосвязанных, научных, технологических, инженерных дисциплин, изучающих методы эффективной организации труда людей, занятых обработкой и хранением информации; вычислительную технику и методы организации и взаимодействия с людьми и производственным оборудованием, их практические приложения, а также связанные со всем этим социальные, экономические и культурные проблемы. Сами информационные технологии требуют сложной подготовки, больших первоначальных затрат и наукоемкой техники. Их введение должно начинаться с создания математического обеспечения, формирования информационных потоков в системах подготовки специалистов.
3. Обработка информации
Цели, задачи и виды обработки информации
Понятие обработки информации является весьма широким. Ведя речь об обработке информации, следует дать понятие инварианта обработки. Обычно им является смысл сообщения (смысл информации, заключенной в сообщении). При автоматизированной обработке информации объектом обработки служит сообщение, и здесь важно провести обработку таким образом, чтобы инварианты преобразований сообщения соответствовали инвариантам преобразования информации.
Цель обработки информации в целом определяется целью функционирования некоторой системы, с которой связан рассматриваемый информационный процесс. Однако для достижения цели всегда приходится решать ряд взаимосвязанных задач.
К примеру, начальная стадия информационного процесса – рецепция. В различных информационных системах рецепция выражается в таких конкретных процессах, как отбор информации (в системах научно-технической информации), преобразование физических величин в измерительный сигнал (в информационно-измерительных системах), раздражимость. и ощущения (в биологических системах) и т.п.
Процесс рецепции начинается на границе, отделяющей информационную систему от внешнего мира. Здесь, на границе, сигнал внешнего мира преобразуется в форму, удобную для дальнейшей обработки. Для биологических систем и многих технических систем, например читающих автоматов, эта граница более или менее четко выражена. В остальных случаях она в значительной степени условна и даже расплывчата. Что касается внутренней границы процесса рецепции, то она практически всегда условна и выбирается в каждом конкретном случае исходя из удобства исследования информационного процесса.
Следует отметить, что независимо от того, как «глубоко» будет отодвинута внутренняя граница, рецепцию всегда можно рассматривать как процесс классификации.
Формализованная модель обработки информации
Обратимся теперь к вопросу о том, в чем сходство и различие процессов обработки информации, связанных с различными составляющими информационного процесса, используя при этом формализованную модель обработки. Прежде всего заметим, что нельзя отрывать этот вопрос от потребителя информации (адресата), от семантического и прагматического аспектов информации. Наличие адресата, для которого предназначено сообщение (сигнал), определяет отсутствие однозначного соответствия между сообщением и содержащейся в нем информацией. Совершенно очевидно, что одно и то же сообщение может иметь различный смысл для разных адресатов и различное прагматическое значение.
|
являющееся результатом действия по крайней мере трех факторов:
1) договоренности между отправителем и потребителем, что позволяет «осмысливать» сообщение;
2) наличием конкретной цели у адресата;
3) той ситуацией, в которой находится адресат.
Последние два фактора определяют значение сообщения. Отображение j называется правилом интерпретации сообщении. Оно может быть общим, понятным для многих потребителей информации, либо известным лишь паре отправитель-потребитель, а для других потребителей информации незнание правила j приводит к тому, что даже воспринятое сообщение не поддается интерпретации или ведет к ложной интерпретации.
Обработка информации не может быть осуществлена вне обработки содержащих ее сообщений.
Можно представить следующую формализованную модель обработки. Пусть X – множество возможных сообщений, фигурирующих в некоторой системе коммуникации. Под обработкой сообщений понимается некоторое отображение q:
следует рассматривать как интерпретацию обработанных сообщений Y. Здесь множество J есть также множество пар смысл-значение.
Представление обработки в форме (3.2), хотя и не охватывает всех видов обработки сообщений, тем не менее является достаточно общим, чтобы рассматривать многие виды обработки сообщений в технических системах.
Принимая во внимание правило обработки (3.2) и правила интерпретации (3.1) и (3.3), получаем следующую зависимость отображений j, y и q:
|
Из диаграммы видно, что каждому сообщению xÎX поставлен в соответствие ровно один образ j(x)ÎI и ровно один образ y(q(x))ÎJ. Действительно:
yÎY имеет образ y(y)ÎJ;
xÎX имеет образ q(x)ÎY, ;
xÎX имеет образ y(q(x)).
Учитывая это, на множествах I, J можно определить отношение h, которое может выражать такой смысл: иметь общий прообраз во множестве X. Данное отношение h не обязательно является отображением. Так, если отображение j не биективно, то элемент множества I может иметь более одного прообраза во множестве X. Каждый прообраз как элемент множества X имеет по одному образу в множестве J, и, следовательно, рассматриваемый элемент из множества I находится в отношении h с числом элементов из множества J, равным числу его прообразов в множестве X. В силу этого отношение h не является отображением.
Правило обработки j сообщения X называется сохраняющим информацию, если отношение h является отображением, а диаграмма (3.4) принимает вид
|
Из диаграммы следует, что произведение отношения jh равно произведению qy, т. е. диаграмма (3.4) является коммутативной. Определяющим отображением в диаграмме (3.4) является отображение h – правило обработки информации. Поэтому названия различных видов обработки сообщений происходят из смысла и имени правила h. Обычно при выборе вида обработки сообщений исходят из правила h с учетом правил интерпретации сообщений j и y.
Пусть q и h – взаимно однозначные отображения. Это относится к случаю, когда к правилу q предъявляется требование не терять информацию в процессе обработки, например при перемене носителя информации, переходе от одного вида модуляции к другому и т. и.
Рассмотрим пример из области сообщений на естественном языке. Очевидно, сообщение «ЭВМ облад. сп-стью обр-ки инф-ии», благодаря избыточности текста на естественном языке однозначно восстанавливается как «ЭВМ обладает способностью обработки информации».
В рассмотренных примерах существует обратное преобразование q-1, которое является однозначным, – позволяет восстановить исходный элемент xÎX по известному yÎY, т. е. исходное сообщение по обработанному.
Рассмотрим теперь случай, когда h является взаимно однозначным отображением, т.е. интерпретация исходного сообщения может быть произведена точно, а q взаимно однозначным отображением не является. Это значит, что множество X имеет большее число элементов, чем множество Y. Тогда q есть сжимающее отображение. В этом случае правило преобразования называется сжатием информации, хотя правильнее говорить о сжатии сообщения или сжатии сигнала.
Наконец, если отображение h не инъективно, то отображение q также не является взаимно однозначным. При этом происходит потеря части информации в обработанном сообщении yÎY по сравнению с той, которая содержится в исходном сообщении xÎX. Существует много видов обработки информации.
Задачи обнаружения сигнала
Сигнал s(t) распространяясь по каналу связи, искажается помехой, так что можно говорить о том, что на вход приемника приходит не сигнал s(t), а другой сигнал x(t).
В приемнике содержатся априорные сведения о сигнале:
1) известен вид функции s(t) и известно, что она не равна нулю на интервале времени (tн,tк),
2) известна статистика помехи (например, плотность вероятности ее амплитуды).
В приемнике решается, был ли передай сигнал на интервале времени (tн,tк) или нет. Очевидно, что решение нельзя принять до наступления момента времени tн, а в ряде случаев – и до наступления момента tк. Приемник анализирует сигнал x(t) на интервале (tн,tк) и в некоторый момент времени t0³tк должен выдать решение.
Рассмотрим решение данной задачи при следующих ограничениях (условиях):
1) известен вид сигнала s(t), действующего в интервале времени (0, t0);
2) помеха n(t) является аддитивной и представляет собой белый шум, т.е. спектральная плотность мощности помехи Gn(f)=C, где – постоянная величина.
Приемник является линейной системой, к которой применим принцип суперпозиции. На вход приемника поступает воздействие, представляющее собой смесь полезного сигнала s(t) и помехи n(t): x(t)=s(t)+n(t).
Реакцию такой системы на это входное воздействие можно представить как сумму p(t)=x(t)+e(t), где x(t) – реакция системы, вызванная воздействием полезного сигнала s(t); e(t) – результат преобразования системой помехи n(t). Такое разделение произвести можно, если приемник – линейная система.
Помеху, действующую в канале связи, практически нельзя уменьшить, поэтому для повышения помехоустойчивости и пропускной способности канала связи стремятся обычно увеличить мощность полезного сигнала s(t). Как правило, выбирают максимально возможную мощность, учитывая ограничения, накладываемые аппаратурой и самой линией связи, чтобы обеспечить максимальное отношение Pc/sn2, где Pc – мощность полезного сигнала, а sn2 – мощность помехи, отнесенные к входу приемника
Функция приемника – обработать сигнал, чтобы еще больше увеличить отношение сигнал/помеха. Рассмотрим задачу обнаружения сигнала на фоне помех как задачу синтеза линейного фильтра, на выходе которого в момент времени t0 имеет место максимум отношении x(t0)/se2, где se2 – мощность (дисперсия) помехи на выходе фильтра.
Рис. 3.1. Импульсная характеристика линейного фильтра
|
где k – произвольный постоянный коэффициент.
Учитывая, что спектр помехи e(t) на выходе фильтра зависит от его частотной характеристики:
определим мощность помехи:
Выходной сигнал фильтра в момент времени t0
Преобразуем выражение (3.6):
Интеграл представляет собой энергию сигнала и при заданной функции s(t) является постоянной величиной. Условием минимума является равенство нулю интеграла, т.е. .
Это условие эквивалентно равенству, означающему, что наибольшее отношение сигнал/помеха в момент времени t0 на выходе фильтра достигается тогда, когда импульсная характеристика фильтра является зеркальным отображением полезного сигнала s(t+t0) (рис. 3.1).
Сжатие и адаптивная дискретизация сигналов
Рассмотрим источники измерительной информации и измерительные сигналы. В качестве источников измерительной информации выступают физические объекты разнообразной природы. Для отбора измерительной информации используются различные измерительные преобразователи, основная функция которых состоит в превращении контролируемого параметра или параметров объекта измерения в сигналы. Поэтому ряд свойств измерительных сигналов определяются как видом объекта измерения, так и условиями измерения.
В измерительной технике актуальна проблема обработки больших потоков измерительной информации. Решая эту проблему, можно пойти двумя путями: увеличивать быстродействие средств обработки информации или же сократить объемы обрабатываемой информации.
Быстродействие средств обработки информации (ЭВМ, микропроцессоров) определяется уровнем развития науки и технологии, и путь, связанный с увеличением быстродействия, не обеспечивает быстрого решения проблемы. А вот сократить объем обрабатываемой измерительной информации во многих случаях можно. Взять хотя бы такой пример: испытывается серийный тип самолета. При этом из предыдущих испытаний самолетов того же типа достаточно подробно известны его важнейшие параметры. В этом случае нет необходимости передавать и обрабатывать параметры, пока они находятся в норме. Но если тот или иной параметр существенно отклонился от нормы, то его необходимо передавать и обрабатывать. Такой подход позволяет иногда во много раз сокращать объем обрабатываемой измерительной информации и время ее обработки.
Измерительные сигналы могут содержать избыточную информацию. Если устранить из измерительных сигналов избыточную информацию, можно повысить эффективность обработки измерительной информации.
Устранение избыточности информации измерительных сигналов получило название сжатия измерительных сигналов.
В общем виде задача сжатия формулируется следующим образом: найти преобразование сигнала, сохраняющее важную (полезную) информацию и обеспечивающее минимальный ее объем. При таком подходе понимания информации недостаточно, так как здесь приходится оперировать понятиями важности или ценности информации. Эти понятия по своему характеру являются эвристическими, обычно они выводятся из целевой функции (тоже эвристическое понятие), если эта целевая функция может быть достаточно четко определена.
Этот недостаток самой общей постановки задачи сжатия обусловил появление ряда менее общих постановок этой задачи, опирающихся на различные математические модели измерительных, сигналов. Иногда выбор модели диктуется условиями измерительного эксперимента, иногда же он достаточно произволен. Выбор удачной модели во многом зависит от экспериментатора, от его опыта и интуиции.
Один из подходов к решению задачи сжатия предложен академиком А.Н. Колмогоровым. Подход основывается на понятии e-энтропии класса функции, которую в данном случае следует понимать как количество информации, необходимое для описания любой функции этого класса с погрешностью, не превышающей e. Задать класс сигналов – это значит указать некоторые параметры (обычно границы этих параметров), определяющие этот класс. Например, можно определить класс сигналов, для которых первая производная (скорость изменения) не превышает по абсолютному значению некоторого предельного значения M, или класс сигналов, максимальная частота спектра которых не превышает Fmax, или класс сигналов – функций времени x(t), удовлетворяющих условию Липшица x(t2) - x(t1) £ L(t2 - t1), где L – некоторая постоянная.
Таким образом, класс сигналов задается полностью априорно. Вообще, чем больше объем априорной информации, тем большее сжатие может быть достигнуто.
Как и любые преобразования сигналов, сжатие может быть обратимым или необратимым. Сжатие считается обратимым, если по сжатым данным может быть восстановлен исходный сигнал с точностью до допустимой ошибки e, в противном случае сжатие необратимо.
Если входной сигнал, подлежащий сжатию, является непрерывным во времени (аналоговым), то говорят о сжатии процессов. Если же сигнал уже дискретизирован, т.е. существует в дискретные моменты времени в виде ряда отсчетов и эти отсчеты имеют вид числовых кодов, то говорят о сжатии числовых последовательностей.
Переработка текстовой информации
Переработка информации, представленной в виде текстов на естественном языке, имеет много аспектов. Сюда относятся такие виды информационных процессов, как понимание текстов, их перефразирование (пересказ, перевод на другой язык), сжатие семантической информации. Особенное значение имеет последний тип переработки; сюда относятся классификация и индексирование документов, аннотирование и реферирование их.
Структура сигнала измерительной информации передает и его значение. В текстовой информации это не всегда так. В силу специфики языка в форме сообщения, представленного в виде текста, не просматривается содержание, поэтому обработка текстов требует особых приемов, заключающихся в передаче смысла с помощью человека-интерпретатора либо с помощью различных искусственных методов.
Цель процедуры автоматизированного реферирования – выделить из текста документа наиболее важные положения, как можно более полно раскрывающие суть изложенного исследования. В качестве исходного материала для такого реферата служат предложения, составляющие текст документа. В результате отбора некоторых из них получается сокращенный вариант исходного документа, который не является рефератом в полном смысле этого слова. Этот сжатый таким образом текст принято называть квазирефератом.
Одна из первых систем автоматического квазиреферирования базировалась на предложении, что для каждого документа специфические слова, наиболее часто встречающиеся в нем, используются для передачи основной идеи, изложенной текстом. Разработчик этой системы Г. Лун пользовался следующей оценкой значимости каждого из предложений, составляющих документ: Vпр = Nзс2/Nc, где Vпр – значимость предложения; Nзс – число значимых слов в этом предложении, т.е. таких слов, которые являются специфическими для предметной области, к которой относится документ, и для самого этого документа; Nc – общее число слов в предложении. При такой методике квазиреферат составляет совокупность разрозненных фраз, так что понять смысл реферата можно только после дополнительной обработки полученного текста человеком.
Задача обработки связного текста и генерации таких текстов является довольно трудной, она слабо поддается формализации в полном объеме. Однако разработан ряд методик, позволяющих повысить связность текстов по сравнению с простым отбором наиболее значимых предложений. Одна из них заключается в том, что наиболее связанными считаются такие предложения, которые содержат наибольшее количество одних и тех же значимых слов.
Другая методика оценки семантической значимости предложений для отбора их в квазиреферат основана на определении количества информации, содержащейся в каждом из них. Для этого необходимо произвести частотный анализ текста с точки зрения встречаемости в нем важнейших терминов. По гипотезе автора этой методики В. Пурто, чем более важным является для некоторого текста тот или иной термин, тем чаще он встречается в нем. Поэтому для квазиреферата отбираются такие предложения, которые содержат наибольшее количество терминов, чаще всего повторяющихся в данном документе.
В теории информации в наше время разрабатывают много систем, методов, подходов, идей. Однако ученые считают, что к современным направлениям в теории информации добавятся новые, появятся новые идеи. В качестве доказательства правильности своих предположений они приводят «живой», развивающийся характер науки, указывают на то, что теория информации удивительно быстро и прочно внедряется в самые различные области человеческого знания. Теория информации проникла в физику, химию, биологию, медицину, философию, лингвистику, педагогику, экономику, логику, технические науки, эстетику. По признанию самих специалистов, учение об информации, возникшее в силу потребностей теории связи и кибернетики, перешагнуло их рамки. И теперь, пожалуй, мы вправе говорить об информации как научном понятии, дающем в руки исследователей теоретико-информационный метод, с помощью которого можно проникнуть во многие науки о живой и неживой природе, об обществе, что позволит не только взглянуть на все проблемы с новой стороны, но и увидеть еще не увиденное. Вот почему термин «информация» получил в наше время широкое распространение, став частью таких понятий, как информационная система, информационная культура, даже информационная этика.
Многие научные дисциплины используют теорию информации, чтобы подчеркнуть новое направление в старых науках. Так возникли, например, информационная география, информационная экономика, информационное право.
Но чрезвычайно большое значение приобрел термин «информация» в связи с развитием новейшей компьютерной техники, автоматизацией умственного труда, развитием новых средств связи и обработки информации и особенно с возникновением информатики.
Одной из важнейших задач теории информации является изучение природы и свойств информации, создание методов ее обработки, в частности преобразования самой различной современной информации в программы для ЭВМ, с помощью которых происходит автоматизация умственной работы – своеобразное усиление интеллекта, а значит, развитие интеллектуальных ресурсов общества.
Список литературы
1. Л.Ф. Куликовский, В.В. Мотов «Теоретические основы информационных процессов: Учеб. пособие для вузов». – М., 1987.
2. Л.Ф. Куликовский, В.К. Морозов, В.Г. Жиров «Элементы теории информационных процессов: Учеб. пособие. – Куйбышев, КПтИ, 1979.
3. В.П. Косарев и др. „Компьютерные системы и сети: Учеб. пособие. – М.: Финансы и статистика, 1999.
4. В. Дмитриев “Прикладная теория информации». – М., 1989.
Информационные процессы.
Хранение, обработка и передача информации
Взаимосвязь процессов хранения, обработки и передачи информации, виды информационных носителей, способы обработки информации, виды источников и приемников информации, каналы связи, их виды и способы защиты от шума, единица измерения скорости передачи информации, пропускная способность канала связи
Процессы хранения, обработки и передачи информации являются основными информационными процессами. В разных сочетаниях они присутствуют в получении, поиске, защите, кодировании и других информационных процессах. Рассмотрим хранение, обработку и передачу информации на примере действий школьника, которые он выполняет с информацией при решении задачи.
Опишем информационную деятельность школьника по решению задачи в виде последовательности информационных процессов. Условие задачи (информация) хранится в учебнике. Посредством глаз происходит передача информации из учебника в собственную память школьника, в которой информация хранится . В процессе решения задачи мозг школьника выполняет обработку информации. Полученный результат хранится в памяти школьника. Передача результата - новой информации - происходит с помощью руки школьника посредством записи в тетради. Результат решения задачи хранится в тетради школьника.
Таким образом (рис. 9), можно выделить процессы хранения информации (в памяти человека, на бумаге, диске, аудио- или видеокассете и т. п.), передачи информации (с помощью органов чувств, речи и двигательной системы человека) и обработки информации (в клетках головного мозга человека).
Информационные процессы взаимосвязаны. Например, обработка и передача информации невозможны без ее хранения, а для сохранения обработанной информации ее необходимо передать. Рассмотрим каждый информационный процесс более подробно.
Рис. 9. Взаимосвязь информационных процессов
Хранение информации является информационным процессом, в ходе которого информация остается неизменной во времени и пространстве.
Хранение информации не может осуществляться без физического носителя.
Носитель информации - физическая среда, непосредственно хранящая информацию.
Носителем информации, или информационным носителем , может быть:
■ материальный предмет (камень, доска, бумага, магнитные и оптические диски);
■ вещество в различных состояниях (жидкость, газ, твердое тело);
■ волна различной природы (акустическая, электромагнитная, гравитационная).
В примере о школьнике были рассмотрены такие носители информации, как бумага учебника и тетради (материальный предмет), биологическая память человека (вещество). При получении школьником визуальной информации носителем информации являлся отраженный от бумаги свет (волна).
Выделяют два вида информационных носителей: внутренние и внешние . Внутренние носители (например, биологическая память человека) обладают быстротой и оперативностью воспроизведения хранимой информации. Внешние носители (например, бумага, магнитные и оптические диски) более надежны, могут хранить большие объемы информации. Их используют для долговременного хранения информации.
Информацию на внешних носителях необходимо хранить так, чтобы можно было ее найти и, по возможности, достаточно быстро. Для этого информацию упорядочивают по алфавиту, времени поступления и другим параметрам. Внешние носители, собранные вместе и предназначенные для длительного хранения упорядоченной информации, являются хранилищем информации . К числу хранилищ информации можно отнести различные библиотеки, архивы, в том числе и электронные. Количество информации, которое может быть размещено на информационном носителе, определяет информационную емкость носителя. Как и количество информации в сообщении, информационная емкость носителя измеряется в битах.
Обработка информации является информационным процессом, в ходе которого информация изменяется содержательно или по форме.
Обработку информации осуществляет исполнитель по определенным правилам. Исполнителем может быть человек, коллектив* животное, машина.
Обрабатываемая информация хранится во внутренней памяти исполнителя. В результате обработки информации исполнителем из исходной информации получается содержательно новая информация или информация, представленная в другой форме (рис. 10).
Рис. 10. Обработка информации
Вернемся к рассмотренному примеру о школьнике, решившем задачу. Школьник, который являлся исполнителем , получил исходную информацию в виде условия задачи, обработал информацию в соответствии с определенными правилами (например, правилами решения математических задач) и получил новую информацию в виде искомого результата. В процессе обработки информация хранилась в памяти школьника, которая является внутренней памятью человека.
Обработка информации может осуществляться путем:
■ математических вычислений, логических рассуждений (например, решение задачи);
■ исправления или добавления информации (например, исправление орфографических ошибок);
■ изменения формы представления информации (например, замена текста графическим изображением);
■ кодирования информации (например, перевод текста с одного языка на другой);
■ упорядочения, структурирования информации (например, сортировка фамилий по алфавиту).
Вид обрабатываемой информации может быть различным, и правила обработки могут быть разными. Автоматизировать процесс обработки можно лишь в том случае, когда информация представлена специальным образом, а правила обработки четко определены.
Передача информации является информационным процессом, в ходе которого информация переносится с одного информационного носителя на другой.
Процесс передачи информации, как ее хранение и обработка, также невозможен без носителя информации. В примере о школьнике в тот момент, когда он читает условие задачи, информация передается с бумаги (с внешнего информационного носителя) в биологическую память школьника (на внутренний информационный носитель). Причем процесс передачи информации происходит с помощью отраженного от бумаги света - волны, которая является носителем информации.
Процесс передачи информации происходит между источником информации , который ее передает, и приемником информации , который ее принимает. Например, книга является источником информации для читающего ее человека, а читающий книгу человек - приемником информации. Передача информации от источника к приемнику осуществляется по каналу связи (рис.11). Каналом связи могут быть воздух, вода, металлические и оптоволоконные провода.
Рис. 11. Передача информации
Между источником и приемником информации может существовать обратная связь . В ответ на полученную информацию приемник может передавать информацию источнику. Если источник является одновременно и приемником информации, а приемник является источником, то такой процесс передачи информации называется обменом информацией.
В качестве примера рассмотрим устный ответ ученика учите лю на уроке. В этом случае источником информации являете! ученик, а приемником информации - учитель. Источник и приемник информации имеют носители информации - биологиче скую память. В процессе ответа ученика учителю происходи1: передача информации из памяти ученика в память учителя Каналом связи между учеником и учителем является воздух а процесс передачи информации осуществляется с помощью носителя информации- акустической волны. Если учитель ш только слушает, но и корректирует ответ ученика, а ученик учитывает замечания учителя, то между учителем и учеником происходит обмен информацией.
Информация передается по каналу связи с определенной скоростью, которая измеряется количеством передаваемой информации за единицу времени (бит/с). Реальная скорость передач* информации не может быть больше максимально возможно* скорости передачи информации по данному каналу связи, которая называется пропускной способностью канала связи и зависит от его физических свойств.
Скорость передачи информации - количество информации, передаваемое за единицу времени.
Пропускная способность канала связи - максимально возможная скорость передачи информации по данному каналу связи.
По каналу связи информация передается с помощью сигналов. Сигнал - это физический процесс, соответствующий какому-либо событию и служащий для передачи сообщения об этом событии по каналу связи. Примерами сигналов являются взмахи флажками, мигания ламп, запуски сигнальных "ракет, телефонные звонки. Сигнал может передаваться с помощью волн. Например, радиосигнал передается электромагнитной волной, а звуковой сигнал - акустической волной. Преобразование сообщения в сигнал, который может быть передан по каналу связи от источника к приемнику информации, происходит посредством кодирования. Преобразование сигнала в сообщение, которое будет понятно приемнику информации, выполняется с помощью декодирования (рис. 12).
Рис. 12. Передача сигналов
Кодирование и декодирование может осуществляться как живым существом (например, человеком, животным), так и техническим устройством (например, компьютером, электронным переводчиком).
В процессе передачи информации возможны искажения или потери информации под воздействием помех, которые называются шумом . Шум возникает из-за плохого качества каналов связи или их незащищенности. Существуют разные способы защиты от шума, например техническая защита каналов связи или многократная передача информации.
Например, из-за шума улицы, доносящегося из открытого окна, ученик может не расслышать часть передаваемой учителем звуковой информации. Для того чтобы ученик услышал объяснение учителя без искажений, можно заранее закрыть окно или попросить учителя повторить сказанное.
Сигнал может быть непрерывным или дискретным. Непрерывный сигнал плавно меняет свои параметры во времени. Примером непрерывного сигнала являются изменения атмосферного давления, температуры воздуха, высоты Солнца над горизонтом. Дискретный сигнал скачкообразно меняет свои параметры и принимает конечное число значений в конечном числе моментов времени. Сигналы, представленные в виде отдельных знаков, являются дискретными. Например, сигналы азбуки Морзе, сигналы, служащие для передачи текстовой и числовой информации, - это дискретные сигналы. Поскольку каждому отдельному значению дискретного сигнала можно поставить в соответствие определенное число, то дискретные сигналы иногда называют цифровыми.
Сигналы одного вида могут быть преобразованы в сигналы другого вида. Например, график функции (непрерывный сигнал) может быть представлен в виде таблицы отдельных значений (дискретный сигнал). И наоборот, зная значения функции для разных значений аргументов, можно построить график функции по точкам. Звучащую музыку, которая передается непрерывным сигналом, можно представить в виде дискретной нотной записи. И наоборот, по дискретным нотам можно сыграть непрерывное музыкальное произведение. Во многих случаях преобразования одного вида сигнала в другой могут приводить к потере части информации.
Существуют технические устройства, которые работают с непрерывными сигналами (например, ртутный термометр, микрофон, магнитофон), и технические устройства, работающие с дискретными сигналами (например, проигрыватель для компакт-дисков, цифровой фотоаппарат, сотовый телефон). Компьютер может работать как с непрерывными, так и дискретными сигналами.
