Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Информатика arrow Информатика 2015

1. Основные понятия

В данном разделе даны определения понятиям «информация», «информатика», «информационные технологии», рассмотрены этапы развития вычислительной техники, сферы ее использования, отмечены основные вехи создания Интернета.

1.1. Основные понятия об информации и информатике

Два часа убито, информации - полбита.

Информация наряду с материей и энергией является первичным понятием нашего материального мира. Дагь строгое исчерпывающее определение этому термину через другие, более простые понятия, сложно. Это понятие остается одним из самых дискуссионных в науке. Тем не менее, существует несколько определений понятия «информация». Приведем одно из них.

Информации — это совокупность каких-либо сведений, данных, передаваемых устно (в форме речи), письменно (в виде текста, таблиц, рисунков, чертежей, схем, условных обозначений) либо другим способом (например, с помощью звуковых или световых сигналов, электрических и нервных импульсов, запахов, вкусовых ощущений, перепадов давления или температуры и т. д.).

В середине XX века термин «информация» стал общенаучным понятием. Этот термин используется для описания процессов обмена сведениями между людьми, человеком и автоматом (например, электронной вычислительной машиной), автоматом и автоматом. Обмен сигналами в животном и растительном мире, передача наследственных признаков от клетки к клетке, от организма к организму также описываются с помощью этого термина.

Теоретические и практические вопросы, относящиеся к информации, изучает информатика.

Информатика — наука, изучающая структуру и свойства информации, а также вопросы, связанные с ее сбором, хранением, поиском, передачей, преобразованием, распространением и использованием в различных сферах человеческой деятельности.

Современная информатика коренным образом меняет нс только сферу материального производства, но и сферу духовной жизни.

Пристальное внимание к информатике связано с бурным ростом объема человеческих знаний, который порой называют «информационным взрывом».

Колоссальный объем информации циркулирует и хранится в глобальной сети Интернет. Человечеством накоплен большой объем информации, обработать которую отдельному человеку вручную затруднительно в силу своих Офаниченных психофизических возможностей. Эффективным инструментом обработки большого объема информации является электронная вычислительная машина (ЭВМ).

Различают две формы представления информации — непрерывную (аналоговую) и прерывистую (цифровую, дискретную). Непрерывная форма характеризует процесс, который не имеет перерывов и теоретически может изменяться в любой момент времени и на любую величину (например, речь человека, музыкальное произведение). Цифровой сигнал может изменяться лишь в определенные моменты времени и принимать лишь заранее обусловленные значения (например, только значения напряжений 0 и 3,5 В). Моменты возможного изменения уровня цифрового сигнала задает тактовый генератор конкретного цифрового устройства.

Для преобразования аналогового сигнала в цифровой сигнал требуется провести дискретизацию непрерывного сигнала во времени, квантование ио уровню, а затем кодирование отобранных значений.

Дискретизация — замена непрерывного (аналогового) сигнала последовательностью отдельных во времени отсчетов этого сигнала [1].

На рисунке схематично показан процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой сигнал. Цифровой сигнал в данном случае может принимать лишь пять различных уровней. Естественно, что качество такого преобразования невысокое. Из рисунка видно, что изменение цифрового сигнала возможно лишь в некоторые моменты времени (в данном случае этих моментов одиннадцать).

После такого преобразования непрерывный сигнал представляют последовательностью чисел. Показанный на рисунке непрерывный сигнал заменяется числами 2-3-Ф4г4гЗ-2-2-3-4г4. Десятичная система счисления в рассматриваемом примере использована лишь для большей наглядности. Фактически аналоговый сигнал преобразуют в последовательность единиц и нулей. Результаты данного преобразования можно представить таблицей:

Время

Десятичные

числа

Двоичные

числа

tl

2

0010

h

3

ООН

h

4

0100

и

4

0100

to

4

0100

3

ООП

ь

2

0010

tB

2

0010

te

3

ООП

tio

4

0100

til

4

0100

Здесь цифровые сигналы представлены четырьмя разрядами двоичных чисел. Очевидно, что, чем больше разрядов у двоичных чисел (то есть чем больше число уровней квантования) и чем чаще во времени осуществляются отсчеты (выборки), тем точнее будет преобразован непрерывный сигнал в цифровой.

Образное представление о качестве оцифрованного сигнала дают кинофильмы, снятые с разной скоростью. Первые немые фильмы были сняты с частотой 16 кадров в секунду. Из-за низкой частоты съемки некоторые фазы движения объектов терялись, и перемещение персонажей на экране становилось комичным, дёрганным. Переход на частоту 24 кадров в секунду сняло эту проблему, движение стало плавным.

Предыдущий рисунок показывает, как влияет частота дискретизации аналого-цифрового преобразования на качество оцифрованного сигнала. В нижней части диаграмм показан исходный аналоговый сигнал (синусоида частотой 1 кГц). В верхней части рисунков изображен сигнал после двойного преобразования при разных значениях частоты дискретизации. В данном случае аналоговый сигнал был вначале преобразован в цифровой, а затем цифровой сигнал обратно конвертирован в аналоговый. Рисунки отличаются использованной частотой дискретизации. В нервом случае частота дискретизации составляла 8 кГц, во втором - 32 кГц. Из рисунка видно, что с ростом частоты дискретизации качество преобразования улучшается. На качество цифрового сигнала сильно влияет также его разрядность.

Первое представление об аналоговом и цифровом способах хранения и распространения информации можно получить, рассматривая два способа записи звуковых сигналов: аналоговую и цифровую аудиозаписи.

При аналоговой аудиозаписи непрерывный электрический сигнал, формируемый источником звука на выходе микрофона, с помощью магнитной головки наносится на движущуюся магнитную ленту. Недостатком аналогового способа обработки информации является то, что копия бывает всегда хуже оригинала.

При цифровой аудиозаписи используется процесс выборки, заключающийся в периодическом измерении уровня (громкости, амплитуды) аналогового звукового сигнала (например, поступающего с выхода микрофона) и превращении полученного значения в последовательность двоичных чисел. Для преобразования аналогового сигнала в цифровой используется специальный конвертор, называемый аналогово-цифровой преобразователь (ЛЦП). Сигнал на выходе ЛЦП представляет собой последовательность двоичных чисел, которая может быть обработана компьютером. Обратная конверсия цифрового сигнала в непрерывный сигнал осуществляется с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦЛП).

Качество аналогово-цифрового преобразования характеризует параметр, называемый разрешением. Разрешение — это количество уровней квантования, используемых для замены непрерывного аналогового сигнала цифровым сигналом. Восьмиразрядная выборка позволяет получить только

256 различных уровней квантования цифрового сигнала, а шестнадцатиразрядная выборка — 65 536 уровней.

Еще один показатель качества трансформации непрерывною сигнала в цифровой сигнал — это частота дискретизации — количество преобразований аналог-цифра (выборок), производимое устройством в одну секунду. Этот показатель измеряют килогерцами (килогерц — тысяча выборок в секунду). Типичное значение частоты дискретизации современных лазерных

(оптических) аудиодисков— 44,1 кГц.

На рисунке показана структура лазерного аудиодиска. Все звуки преобразованы в последовательность единиц и нулей, которые на диске выглядят как выступы и впадины. При этом копию можно получить практически такого же качества, как и оригинал.

С позиции каждого отдельного человека количество информации, содержащееся в каком-либо

сообщении, — субъективная величина.

Объективная количественная мера информации может быть введена на основе вероятностной трактовки информационного обмена.

Этот способ измерения количества информации впервые предложил в 1948 г. К. Шеннон [2]. В соответствии с идеями К. Шеннона, информация — это сведения, уменьшающие неопределенность (энтропию), существовавшую до их получения.

Наименьшей единицей информации является бит (от англ, binary digit— двоичный разряд). Сообщение о том, что произошло одно из двух возможных равновероятных событий, дает получателю один бит информации.

Один бит информации получает человек, когда он узнает, опаздывает с прибытием нужный ему поезд или нет, был ночью мороз или нет, присутствует на лекции студент Иванов или нет и т. д.

Более крупная единица информации — байт — равна 8 бит. Проверка присутствия или отсутствия на лекции 24 студентов дает лектору три байта информации. Еще более крупная единица информации — 1 Кбайт — равна 1024 байтам. Далее — 1 Мбайт равен 1024 Кбайтам, 1 Гбайт равен 1024 Мбайтам, 1 Тбайт равен 1024 Гбайтам, а 1 Пбайт равен 1024 Тбайт.

Перечисленные единицы измерения информации произносятся так:

Кбайт — килобайт, Мбайт — мегабайт, Гбайт — гигабайт, Тбайт — терабайт, Пбайт — петабайт.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы