Enciclopedia Informaticii. Marea enciclopedie sovietică - informatică. Abordare alfabetică în cursul de informatică de la întemeierea școlii

În țările de limbă engleză se folosește termenul informatică - informatică.

Baza teoretică a informaticii este un grup de științe fundamentale precum: teoria informației, teoria algoritmilor, logica matematică, teoria limbaje formaleși gramatică, analiză combinatorie etc. Pe lângă acestea, informatica include secțiuni precum arhitectura computerelor, sistemele de operare, teoria bazelor de date, tehnologia de programare și multe altele. Important în definirea informaticii ca știință este că, pe de o parte, se ocupă de studiul dispozitivelor și principiilor de funcționare a tehnologiei computerului și, pe de altă parte, de sistematizarea tehnicilor și metodelor de lucru cu programe care controlează această tehnologie.

Tehnologia informației este un set de instrumente hardware și software specifice care sunt utilizate pentru a efectua o varietate de operațiuni de prelucrare a informațiilor în toate sferele vieții și activităților noastre. Tehnologia informației este uneori denumită tehnologie informatică sau informatică aplicată.

Informații analogice și digitale.

Termenul „informații” provine din latină information, – explicație, expunere, conștientizare.

Informațiile pot fi clasificate căi diferiteși diferite științe o fac în moduri diferite. De exemplu, în filosofie distingeți între informații obiective și subiective. Informațiile obiective reflectă fenomenele naturii și ale societății umane. Informațiile subiective sunt create de oameni și reflectă viziunea lor asupra fenomenelor obiective.

În informatică, informațiile analogice și informațiile digitale sunt luate în considerare separat. Acest lucru este important, deoarece o persoană, datorită organelor sale de simț, este obișnuită să se ocupe de informații analogice, în timp ce tehnologia computerelor, dimpotrivă, lucrează în principal cu informații digitale.

O persoană percepe informația prin simțuri. Lumina, sunetul, căldura sunt semnale energetice, iar gustul și mirosul sunt rezultatul expunerii la compuși chimici, care se bazează și pe natura energiei. O persoană experimentează impacturi energetice în mod continuu și nu poate întâlni niciodată aceeași combinație a acestora de două ori. Nu există două frunze verzi identice pe un copac și două sunete absolut identice - aceasta este informații analogice. Dacă dați numere la diferite culori și note la diferite sunete, atunci informațiile analogice pot fi transformate în informații digitale.

Muzica, atunci când este ascultată, poartă informații analogice, dar atunci când este notată, devine digitală.

Diferența dintre informațiile analogice și informațiile digitale este, în primul rând, că informațiile analogice sunt continue, în timp ce informațiile digitale sunt discrete.

Dispozitivele digitale includ computere personale - lucrează cu informațiile prezentate în formă digitală, CD playerele laser sunt de asemenea digitale.

Codificarea informațiilor.

Codificarea informațiilor este procesul de formare a unui anumit transmiterea de informații.

Într-un sens mai restrâns, termenul „codificare” este adesea înțeles ca trecerea de la o formă de prezentare a informațiilor la alta, mai convenabilă pentru stocare, transmitere sau procesare.

Un computer poate procesa doar informații prezentate sub formă numerică. Toate celelalte informații (sunete, imagini, citiri ale instrumentelor etc.) trebuie convertite în formă numerică pentru procesare pe computer. De exemplu, la numeric sunet muzical, este posibil să se măsoare intensitatea sunetului la intervale scurte anumite frecvente, reprezentând rezultatele fiecărei măsurători în formă numerică. Cu ajutorul programelor de calculator, este posibilă transformarea informațiilor primite, de exemplu, sunete „suprapuse” din diferite surse unele peste altele.

În mod similar, informațiile textuale pot fi procesate pe un computer. Când este introdusă într-un computer, fiecare literă este codificată cu un anumit număr, iar atunci când este transmisă către dispozitive externe (ecran sau imprimare), pentru percepția umană, imaginile literelor sunt construite folosind aceste numere. Corespondența dintre un set de litere și numere se numește codificare de caractere.

De regulă, toate numerele din computer sunt reprezentate folosind zerouri și unu (și nu zece cifre, așa cum este obișnuit pentru oameni). Cu alte cuvinte, computerele funcționează de obicei în binar sistem de numere, deoarece în acest caz dispozitivele pentru prelucrarea lor sunt mult mai simple.

Unitățile de măsură ale informațiilor. Pic. octet.

Un bit este cea mai mică unitate de reprezentare a informațiilor. Byte - cea mai mică unitate de procesare și transmitere a informațiilor .

Rezolvând diverse probleme, o persoană folosește informații despre lumea din jurul nostru. Se aude adesea că un mesaj conține puține informații sau, dimpotrivă, conține informații exhaustive, în timp ce diferite persoane care primesc același mesaj (de exemplu, după ce citesc un articol dintr-un ziar) estimează diferit cantitatea de informații conținute în el. Aceasta înseamnă că cunoștințele oamenilor despre aceste evenimente (fenomene) înainte de a primi mesajul au fost diferite. Cantitatea de informații dintr-un mesaj depinde astfel de cât de nou este mesajul pentru destinatar. Dacă, în urma primirii unui mesaj, se obține o claritate completă asupra unei anumite probleme (adică dispare incertitudinea), ei spun că au fost primite informații exhaustive. Aceasta înseamnă că nu este nevoie de Informații suplimentare despre această temă. Dimpotrivă, dacă după primirea mesajului incertitudinea a rămas aceeași (informația raportată fie era deja cunoscută, fie nu era relevantă), atunci nu a fost primită nicio informație (informație zero).

Aruncarea unei monede și privirea ei căzând oferă anumite informații. Ambele fețe ale monedei sunt „egale”, astfel încât ambele părți sunt la fel de probabil să apară. În astfel de cazuri, se spune că evenimentul transportă informații pe 1 bit. Dacă punem două bile de culori diferite într-o pungă, atunci desenând orbește o minge, vom obține și informații despre culoarea bilei în 1 bit.

Unitatea de măsură a informațiilor se numește bit (bit) - o abreviere pentru cuvintele englezești binary digit, ce înseamnă o cifră binară.

În tehnologia computerelor, un bit corespunde stării fizice a purtătorului de informații: magnetizat - nu magnetizat, există o gaură - nu există gaură. În acest caz, o stare este de obicei notă cu numărul 0, iar cealaltă cu numărul 1. Alegerea uneia dintre cele două opțiuni posibile vă permite, de asemenea, să distingeți între adevărul logic și minciună. O secvență de biți poate codifica text, imagine, sunet sau orice altă informație. Această metodă de prezentare a informațiilor se numește codare binară. (codare binară) .

În informatică, o cantitate numită octet este adesea folosită și este egală cu 8 biți. Și dacă bitul vă permite să alegeți o opțiune din două posibile, atunci octetul, respectiv, este 1 din 256 (2 8). Alături de octeți, unități mai mari sunt folosite pentru a măsura cantitatea de informații:

1 KB (un kilobyte) = 2\up1210 bytes = 1024 bytes;

1 MB (un megaoctet) = 2\up1210 KB = 1024 KB;

1 GB (un gigaoctet) = 2\up1210 MB = 1024 MB.

De exemplu, o carte conține 100 de pagini; 35 de linii pe pagină, 50 de caractere pe rând. Volumul de informații conținut în carte este calculat după cum urmează:

Pagina conține 35 × 50 = 1750 de octeți de informații. Volumul tuturor informațiilor din carte (în diferite unități):

1750 × 100 = 175.000 de octeți.

175.000 / 1024 = 170,8984 KB.

170,8984 / 1024 = 0,166893 MB.

Fişier. Formate de fișiere.

Un fișier este cea mai mică unitate de stocare a informațiilor care conține o secvență de octeți și are un nume unic.

Scopul principal al fișierelor este stocarea informațiilor. De asemenea, sunt proiectate pentru a transfera date de la program la program și de la sistem la sistem. Cu alte cuvinte, un fișier este un depozit de date stabile și mobile. Dar, un fișier este mai mult decât un simplu depozit de date. Fișierul are de obicei numele, atributele, timpul de modificare și timpul de creare.

O structură de fișiere este un sistem pentru stocarea fișierelor pe un dispozitiv de stocare, cum ar fi un disc. Fișierele sunt organizate în directoare (uneori numite directoare sau foldere). Orice director poate conține un număr arbitrar de subdirectoare, fiecare dintre acestea putând stoca fișiere și alte directoare.

Modul în care datele sunt organizate în octeți se numește format de fișier. .

Pentru a citi un fișier, cum ar fi o foaie de calcul, trebuie să știți cum reprezintă octeții numerele (formule, text) din fiecare celulă; pentru a citi dosarul editor de text, trebuie să știți ce octeți reprezintă caractere și ce fonturi sau câmpuri, precum și alte informații.

Programele pot stoca date într-un fișier într-un mod ales de programator. De multe ori este de așteptat, totuși, ca fișierele să fie utilizate de diferite programe, așa că multe programe de aplicație acceptă unele dintre cele mai comune formate, astfel încât alte programe să poată înțelege datele din fișier. Companiile de software (care doresc ca software-ul lor să devină „standarde”) publică adesea informații despre formatele pe care le creează, astfel încât să poată fi utilizate în alte aplicații.

Toate fișierele pot fi împărțite condiționat în două părți - text și binar.

Fișierele text sunt cel mai comun tip de date în lumea computerelor. Un octet este cel mai adesea alocat pentru a stoca fiecare caracter, iar fișierele text sunt codificate folosind tabele speciale în care fiecărui caracter îi corespunde un anumit număr care nu depășește 255. Un fișier care utilizează doar 127 de primele numere pentru a codifica este numit ASCII- fișier (prescurtare pentru American Standard Code for Information Intercange - Cod standard american pentru schimbul de informații), dar un astfel de fișier nu poate conține alte litere decât latine (inclusiv rusă). Majoritatea alfabetelor naționale pot fi codificate folosind un tabel de opt biți. Pentru limba rusă, trei codificări sunt în prezent cele mai populare: Koi8-R, Windows-1251 și așa-numita codificare alternativă (alt).

Limbi precum chineza conțin mult mai mult de 256 de caractere, așa că sunt folosiți mai mulți octeți pentru a codifica fiecare caracter. Pentru a economisi spațiu, se folosește adesea următorul truc: unele caractere sunt codificate folosind un octet, în timp ce altele folosesc doi sau mai mulți octeți. O încercare de a generaliza această abordare este standardul Unicode, care utilizează un interval de numere de la zero la 65.536 pentru a codifica caractere. gamă largă vă permite să reprezentați în formă numerică simbolurile limbajului oricărui colț al planetei.

Dar curat fișiere text devin din ce în ce mai puțin frecvente. Documentele conțin adesea imagini și diagrame și sunt folosite diverse fonturi. Ca rezultat, apar formate care sunt diverse combinații de date textuale, grafice și alte forme de date.

Fișierele binare, spre deosebire de fișierele text, nu sunt la fel de ușor de vizualizat și, de obicei, nu conțin cuvinte familiare - doar o mulțime de caractere obscure. Aceste fișiere nu sunt destinate să fie direct citite de oameni. Exemple fișiere binare sunt programe executabile și fișiere cu imagini grafice.

Exemple de codificare binară a informațiilor.

Dintre varietatea de informații procesate pe un computer, o parte semnificativă este informațiile numerice, textuale, grafice și audio. Să ne familiarizăm cu câteva modalități de codificare a acestor tipuri de informații într-un computer.

Codificarea numerelor.

Există două formate principale pentru reprezentarea numerelor în memoria computerului. Unul dintre ele este folosit pentru a codifica numere întregi, al doilea (așa-numita reprezentare în virgulă mobilă a unui număr) este folosit pentru a specifica un anumit subset de numere reale.

Setul de numere întregi care pot fi reprezentate în memoria computerului este limitat. Intervalul de valori depinde de dimensiunea zonei de memorie utilizată pentru stocarea numerelor. ÎN k-celula de biți poate stoca 2 k valori diferite ale numerelor întregi .

Pentru a obține reprezentarea internă a unui număr întreg pozitiv N stocat in k-bit machine word, aveți nevoie de:

1) traduceți numărul N în sistemul numeric binar;

2) rezultatul obținut este completat în stânga cu zerouri nesemnificative până la k cifre.

De exemplu, pentru a obține reprezentarea internă a întregului 1607 într-o celulă de 2 octeți, numărul este convertit în binar: 1607 10 = 11001000111 2 . Reprezentarea internă a acestui număr în celulă este: 0000 0110 0100 0111.

Pentru a scrie o reprezentare internă a unui număr întreg număr negativ(–N) aveți nevoie de:

1) obțineți reprezentarea internă a unui număr pozitiv N;

2) obțineți codul de retur al acestui număr, înlocuind 0 cu 1 și 1 cu 0;

3) adăugați 1 la numărul primit.

Reprezentarea internă a unui număr întreg negativ este -1607. Folosind rezultatul exemplului anterior, se scrie reprezentarea internă a numărului pozitiv 1607: 0000 0110 0100 0111. Codul invers se obține prin inversarea: 1111 1001 1011 1000. Se adaugă unul: 1111 1001 1011 - acesta este cel intern. reprezentarea binară a numărului -1607.

Formatul în virgulă mobilă utilizează o reprezentare a numărului real R ca produs al mantisei m bazat pe sistemul numeric nîntr-o oarecare măsură p, care se numește ordine: R=m * np.

Reprezentarea unui număr sub formă de virgulă mobilă este ambiguă. De exemplu, următoarele egalități sunt adevărate:

12,345 \u003d 0,0012345 × 10 4 \u003d 1234,5 × 10 -2 \u003d 0,12345 × 10 2

Cel mai adesea, computerele folosesc o reprezentare normalizată a unui număr în formă de virgulă mobilă. Mantisa din această reprezentare trebuie să îndeplinească condiția:

0,1 p J m p . Cu alte cuvinte, mantisa este mai mică de 1 și prima cifră semnificativă nu este zero ( p este baza sistemului numeric).

În memoria computerului, mantisa este reprezentată ca un număr întreg care conține doar cifre semnificative (nu sunt stocate numere întregi 0 și virgulă), deci pentru numărul 12.345, numărul 12.345 va fi stocat în celula de memorie alocată pentru stocarea mantisei. restaurați în mod unic numărul inițial, rămâne doar să îl salvați ordinea, în acest exemplu este 2.

Codificarea textului.

Setul de caractere folosit pentru scrierea textului se numește alfabet. Numărul de caractere dintr-un alfabet se numește cardinalitate.

Pentru a reprezenta informații textuale într-un computer, cel mai des este folosit un alfabet cu o capacitate de 256 de caractere. Un caracter dintr-un astfel de alfabet poartă 8 biți de informații, deoarece 2 8 \u003d 256. Dar 8 biți alcătuiesc un octet, prin urmare, codul binar al fiecărui caracter ocupă 1 octet din memoria computerului.

Toate caracterele unui astfel de alfabet sunt numerotate de la 0 la 255 și fiecare număr corespunde unui cod binar de 8 biți de la 00000000 la 11111111. Acest cod este numărul ordinal al caracterului din sistemul de numere binar.

Pentru diferite tipuri de computere și sisteme de operare, sunt utilizate diferite tabele de codificare, care diferă în ordinea în care sunt plasate caracterele alfabetice în tabelul de codificare. Tabelul de codificare ASCII deja menționat este standardul internațional pentru computerele personale.

Principiul codificării alfabetului secvenţial este că în tabelul de coduri ASCII, literele latine (majuscule şi minuscule) sunt aranjate în ordine alfabetică. Aranjarea numerelor este, de asemenea, ordonată în ordine crescătoare a valorilor.

Doar primele 128 de caractere sunt standard în acest tabel, adică caractere cu numere de la zero (cod binar 00000000) la 127 (01111111). Aceasta include litere din alfabetul latin, numere, semne de punctuație, paranteze și alte simboluri. Restul de 128 de coduri, începând cu 128 (cod binar 10000000) și terminând cu 255 (11111111), sunt folosite pentru a codifica litere ale alfabetelor naționale, pseudografice și simboluri științifice.

Codificarea informațiilor grafice.

Memoria video conține informație binară despre imaginea afișată pe ecran. Aproape toate imaginile create, procesate sau vizualizate folosind un computer pot fi împărțite în două părți mari - grafică raster și vector.

Imaginile raster sunt o grilă cu un singur strat de puncte numite pixeli (pixel, din elementul imagine în engleză). Codul pixelului conține informații despre culoarea acestuia.

Pentru o imagine alb-negru (fără semitonuri), un pixel poate lua doar două valori: alb și negru (se aprinde - nu se aprinde), iar un bit de memorie este suficient pentru a-l codifica: 1 - alb, 0 - negru.

Un pixel de pe un afișaj color poate avea culori diferite, așa că un bit per pixel nu este suficient. Sunt necesari doi biți per pixel pentru a codifica o imagine cu 4 culori, deoarece doi biți pot lua 4 stări diferite. De exemplu, această opțiune de codificare a culorilor poate fi utilizată: 00 - negru, 10 - verde, 01 - roșu, 11 - maro.

Pe monitoarele RGB, toată varietatea de culori este obținută prin combinarea culorilor de bază - roșu (roșu), verde (verde), albastru (albastru), din care puteți obține 8 combinații de bază:

Desigur, dacă aveți capacitatea de a controla intensitatea (luminozitatea) strălucirii culorilor de bază, atunci crește numărul de opțiuni diferite pentru combinațiile lor, generând diverse nuanțe. Număr de culori diferite - LAși numărul de biți pentru a le codifica - N sunt interconectate printr-o formulă simplă: 2 N = LA.

Spre deosebire de grafica raster imagine vectorială stratificată. Fiecare element imagine vectorială– o linie, un dreptunghi, un cerc sau o bucată de text – se află în propriul strat, ai cărui pixeli sunt stabiliți independent de alte straturi. Fiecare element al unei imagini vectoriale este un obiect care este descris folosind un limbaj special (ecuații matematice de linii, arce, cercuri etc.) Obiecte complexe(linii întrerupte, diverse forme geometrice) sunt prezentate ca un set de obiecte grafice elementare.

Obiectele de imagine vectorială, spre deosebire de grafica raster, își pot schimba dimensiunea fără a pierde calitatea (granularea crește atunci când o imagine raster este mărită).

Codificarea sunetului.

Știm din fizică acel sunet sunt vibrații ale aerului. Dacă convertiți audio în semnal electric(de exemplu, folosind un microfon), puteți vedea că tensiunea se schimbă ușor în timp. Pentru procesarea computerizată, un astfel de semnal analogic trebuie cumva convertit într-o succesiune de numere binare.

Acest lucru se face, de exemplu, astfel - tensiunea este măsurată la intervale regulate, iar valorile rezultate sunt înregistrate în memoria computerului. Acest proces se numește eșantionare (sau digitizare), iar dispozitivul care îl realizează se numește convertor analog-digital (ADC).

Pentru a reproduce sunetul codificat în acest fel, trebuie să faceți conversia inversă (pentru aceasta, se folosește un convertor digital-analogic). - DAC), apoi neteziți semnalul de pas rezultat.

Cu cât este mai mare rata de eșantionare și cu cât sunt mai mulți biți alocați pentru fiecare probă, cu atât sunetul va fi reprezentat mai precis, dar și dimensiunea fișierului de sunet va crește. Prin urmare, în funcție de natura sunetului, cerințele pentru calitatea acestuia și cantitatea de memorie ocupată, sunt alese niște valori de compromis.

Metoda descrisă de codificare a informațiilor de sunet este destul de universală, vă permite să reprezentați orice sunet și să-l transformați într-o varietate de moduri. Dar sunt momente când este mai benefic să acționezi diferit.

Un mod destul de compact de reprezentare a muzicii a fost folosit de multă vreme - notația muzicală. Indică prin simboluri speciale ce înălțime are sunetul, pe ce instrument și cum să cânte. De fapt, poate fi considerat un algoritm pentru un muzician, scris într-un limbaj formal special. În 1983, producătorii de top de calculatoare și sintetizatoare muzicale au dezvoltat un standard care definea un astfel de sistem de coduri. Se numește MIDI.

Desigur, un astfel de sistem de codare vă permite să înregistrați nu orice sunet, este potrivit doar pentru muzica instrumentală. Dar are și avantaje incontestabile: o înregistrare extrem de compactă, naturalețe pentru un muzician (aproape orice editor MIDI vă permite să lucrați cu muzică sub formă de note obișnuite), ușurință în schimbarea instrumentelor, schimbarea tempoului și a tonului melodiei.

Există și alte formate de înregistrare a muzicii, pur computerizate. Printre acestea se numără și formatul MP3, care face posibilă codificarea muzicii cu o calitate și un raport de compresie foarte ridicat, în timp ce în loc de 18–20 de compoziții muzicale, aproximativ 200 sunt plasate pe un compact disc (CDROM) standard. O melodie ocupă aproximativ 3,5 Mb, care permite utilizatorilor de Internet să facă schimb de compoziții muzicale cu ușurință.

Calculatorul este o mașină universală de informare.

Unul dintre scopurile principale ale unui computer este prelucrarea și stocarea informațiilor. Odată cu apariția computerelor, a devenit posibil să se opereze cu volume de informații până acum de neconceput. Bibliotecile care conțin literatură științifică și de ficțiune sunt convertite în formă electronică. Arhivele vechi de fotografii și filme câștigă viață nouăîn formă digitală.

Anna Chugainova

M.: FIZMATLIT, 2006. - 768 p.

Dicționarul enciclopedic de referință conține peste 18 mii de termeni rusi și englezi, sistematizat tematic în următoarele secțiuni majore: I. Fundamentele tehnologiei informației; II. Automatizarea proceselor informatice si a sistemelor automatizate (AC); III. Suport tehnic al UA; IV. software AS; V. Multimedia, hipermedia, realitate virtuală, viziune automată; VI. Tehnologii de retea pentru prelucrarea si transmisia datelor; VII. Argo pentru calculatoare și rețele; VIII. Pictograme utilizate în e-mail; IX. Abrevieri ale cuvintelor și expresiilor folosite pe Internet.

Intrările din dicționar sunt de natură extinsă și includ date de referință privind obiectele descrise, precum și link-uri către surse documentare primare pentru o cunoaștere mai completă a acestora pentru utilizatorii interesați.

Structura și conținutul dicționarului fac posibilă utilizarea acestuia pentru un studiu sistematic al materialelor pe secțiunile și subsecțiunile tematice de interes pentru cititor, pentru a face un studiu preliminar al deciziilor legate de proiectarea sistemelor automate eterogene de informații și telecomunicații, precum și să pregătească pe baza ei documentație educațională și metodologică, de revizuire, de referință etc.

Dicționarul se adresează unei game largi de utilizatori ale căror activități sau interese profesionale sunt legate de tehnologiile informaționale moderne.

Format: djvu

Mărimea: 7,1 Mb

Descarca: yandex.disk

CONŢINUT
Prefață la ediția enciclopedică a dicționarului .................................. 7
Prefață la cea de-a treia ediție a dicționarului, despre dicționarul de referință și autorul acestuia... 9
De la autor ............................................................... ...... unsprezece
Despre utilizarea dicționarului.............................................................. ...... 13
I. Fundamentele tehnologiei informaţiei.................................. 15
1.1. Date, informații, cunoștințe, logică............................................. 15
1.2. Resurse informaționale, teoria informației, informatică 19
1.3. Suporturi de date, documente, documentație, publicații...................... 22
1.4. Principiile reprezentării structurate a documentelor și datelor ..................... 27
1.4.1. Elemente de informareși tipurile acestora .............. 27
1.4.2. Înregistrare, fișier, matrice, cheie................................. 30
1.4.3. Structuri, modele de date și termeni aferenti 34
1.4.4. Format, câmp de date și termeni aferenti ................................. 45
1.5. Tehnologia informației................................................. 49
1.5.1. Concepte și termeni generali................................. 49
1.5.2. Manipularea și prelucrarea documentelor și datelor.................................. 52
1.5.3. Introducerea documentelor și a datelor într-un computer .............................. 58
1.5.4. Găsirea informațiilor ^ concepte și termeni generali ............... 63
1.5.5. Indexarea, căutarea imaginii documentelor și a interogărilor 66
1.6. Securitatea tehnologiei informației................................. 74
1.6.1. Concepte și termeni generali.................................... 74
1.6.2. Codificarea și decodificarea documentelor și datelor.................................. 83
1.6.3. Criptologie și concepte aferente ....................... 87
II. Automatizarea proceselor informaționale și a sistemelor informatice automatizate 93
2.1. Concepte și termeni generali ............................................................. 93
2.2. Automatizarea proceselor de informare și bibliotecă....................... 95
2.2.1. Termeni legati de automatizare.................................. 95
2.3. Sisteme automate.................................... 98
2.3.1. Concepte și termeni generali.................................. 98
2.3.2. Sisteme automate orientate ^funcţional..... 106
2.4. Suport lingvistic și informațional al sistemelor automate 117
2.4.1. Suport lingvistic ^ concepte și termeni generali ......... 117
2.4.2. Limbi de regăsire a informațiilor și dicționare AIS....... 119
2.4.3. Metadate și formate AIS 128
2.4.4. Suport informațional al AIS ................................. 147
2.5. Personalul și utilizatorii sistemelor automatizate ................................. 153
2.5.1. Dezvoltatorii și personalul AIS ................................. 153
2.5.2. Utilizatori AIS ................................................. 157
2.5.3. Certificarea specialiştilor în AIS ................................. 159
2.6. Procese de creare și exploatare a sistemelor automatizate .......... 162
2.6.1. Proiectarea sistemelor automatizate................................. 162
2.6.2. Ciclul de viață AIS și integrarea sistemului.................................. 165
III. Suport tehnic al sistemelor automatizate .......... 169
3.1. Calculatoare, tipurile lor și clasificarea generală 169
3.2. Arhitectură, configurare, platformă informatică .......................... 175
3.3. Calculatoare personale (PC-uri) ................................ 178
3.4. PC-uri portabile și dispozitive digitale de sine stătătoare pentru diverse scopuri ... 185
3.4.1. Tipuri de laptopuri.................................................. 185
3.4.2. Dispozitive digitale de redare și înregistrare 188
3.5. Unitate de sistemși elementele de proiectare a acestuia ........................ 191
3.5.1. Procesoare, tipurile lor și termenii aferenți....................... 192
3.5.2. Memoria computerului ^ concepte și termeni .......................... 202
3.5.3. Dispozitive funcționale ale memoriei computerului .......................... 208
3.5.4. Adaptoare, interfețe și termeni înrudiți....................... 216
3.5.5. Plăci, porturi, autobuze, sloturi............................................. 224
3.6. Dispozitive computerizate periferice (externe) .............................. 233
3.6.1. Memorie externă a computerului, unități și termeni înrudiți ..... 233
3.6.2. CD-uri și termeni înrudiți.................................. 251
3.6.3. Dispozitive de introducere a datelor, manipulatoare ................................. 260
3.6.4. Dispozitive de ieșire.................................................. 271
3.6.5. Modemuri, codificatoare, surse de alimentare....................... 286
3.7. Carduri PC ................................................. ............... .. 289
3.8. Baza de calculatoare microelectronice .................................. 294
3.9. Dispozitive optoelectronice................................... 299
IV. Software pentru sisteme automate .......... 303
4.1. Algoritmi, programe, programare.................................................. 303
4.1.1. Concepte și termeni generali 303
4.1.2. Limbaje de programare................................... 307
4.1.3. Termeni legați de programare.................................. 319
4.2. Software general.............................. 327
4.2.1. Sisteme de operare.................................. 328
4.2.2. Instrumente generale de service software 338
4.3. Software de aplicatie pentru sisteme automate....... 339
4.3.1. Concepte și termeni generali................................. 339
4.3.2. Programe de aplicație................................... 342
4.3.3. Viruși de computer și antivirusuri ........................ 346
4.4. Termeni legați de funcționarea instrumentelor software 350
4.4.1. Câteva concepte și termeni generali ........................ 350
4.4.2. Arhivarea, comprimarea-restaurarea înregistrărilor de date............... 352
4.4.3. Acces, adresă și termeni aferenti................................. 364
V. Multimedia, hipermedia, realitate virtuală, viziune pe mașină. 372
5.1. Sisteme multimedia și termeni înrudiți. ................. 372
5.2. Mijloace de furnizare a acompaniamentului muzical și de vorbire .......... 375
5.2.1. Concepte și termeni generali.................................. 375
5.2.2. Fișiere de sunet, standardele și formatele acestora .................... 380
5.3. Grafică de mașină (computer) ................................. 389
5.3.1. Concepte și termeni generali................................. 389
5.3.2. Fișierele grafice și formatele acestora.................................. 392
5.3.3. Tehnologia grafică pe computer................................. 400
5.4. Video pe computer, televiziune digitală și animație ................................. 408
5.4.1. Concepte și termeni generali.................................. 408
5.4.2. Tehnologia video ............................................... 412
5.4.3. Tehnologia animației.................................. 416
5.4.4. TV digital 420
5.5. O realitate virtuală, Lumi paralele. ...................... 424
5.6. Computer Vision.................................................. 427
VI. Tehnologii de rețea. Mijloace de prelucrare și transmitere a informațiilor 430
6.1. Concepte și termeni generali ............................... 430
6.2. Rețele locale.................................................. 433
6.3. Rețele de calcul distribuite................................. 441
6.3.1. Concepte și termeni generali .............................. 441
6.3.2. Intranet.............................. 450
6.3.3. ETHERNET ............................... 455
6.4. Rețele globale de calcul, Internet ........................ 471
6.4.1. Concepte și termeni generali.................................. 471
6.4.2. Tehnologia web.................................................. 482
6.4.3. Tehnologii de transmitere a datelor pe canalele de Internet....................... 489
6.4.4. Servicii și instrumente de service pe Internet.............................. 499
6.4.5. Servicii de rețea digitală integrată - ISDN ................................. 518
6.4.6. celularși telefonie computerizată ................. 520
6.4.7. Echipamente de telecomunicații ale clădirilor .................................. 526
6.4.8. Dezvoltarea mijloacelor și complexelor tehnice bazate pe utilizarea tehnologiilor de telecomunicații 532
6.4.9. Subiectele raporturilor juridice pe internet .................................. 533
6.5. Mijloace și tehnologii pentru protejarea rețelelor de calculatoare.................................. 536
6.6. Standarde de bază pentru rețelele de date. ....................... 541
6.6.1. Standarde ISO ................................................. . 541
6.6.2. Standarde IEEE ............................... 543
6.6.3. Standarde ITU-T ................................................. .554
6.6.4. Alte standarde și protocoale.................................. 560
VII. Argoul informatic și al rețelei ................................. 565
VIII. Icoane și simboluri zâmbete pentru E-mail........... 592
IX. Abrevieri ale cuvintelor și expresiilor folosite pe Internet ...... 594
Referințe ................................................. 597
Index alfabetic în engleză.................................................. 644
Index alfabetic rusesc.................................................. ... 708

INFORMAȚIA (informatica engleză), știința extragerii de informații din mesaje, crearea resurselor informaționale, programarea comportamentului mașinilor și a altor entități legate de construcția și utilizarea unui mediu om-mașină pentru rezolvarea problemelor de modelare, proiectare, interacțiune, învățare, etc. Studiază proprietățile informațiilor, metodele de extragere din mesaje și de prezentare a acesteia într-o formă dată; proprietăți, metode și mijloace de interacțiune a informațiilor; proprietățile resurselor informaționale, metodele și mijloacele de creare, prezentare, stocare, acumulare, căutare, transfer și protejare a acestora; proprietăți, metode și mijloace de construire și utilizare a mașinilor programabile și a mediului om-mașină pentru rezolvarea problemelor.

Producția științifică a informaticii

Producția științifică a informaticii servește drept bază metodologică pentru construirea unui mediu om-mașină pentru rezolvarea problemelor (Fig. 1) legate de diverse domenii de activitate.

Rezultatele studiilor asupra entităților (denumite în mod obișnuit obiecte în știință) sunt reprezentate prin simbolul lor simbolic și/sau modele fizice. Modelele simbolice sunt descrieri ale cunoștințelor dobândite [vezi. Modelare simbolică(s-modeling)], iar cele fizice sunt prototipuri ale obiectelor studiate, reflectând proprietățile, comportamentul acestora etc. Rezultatul științific este un model al unui sistem de cunoștințe (sau o componentă a unui model definit și publicat anterior) care descrie un set de obiecte, inclusiv obiectul studiat și relațiile dintre ele. Descrierea modelului este prezentată sub forma unui mesaj conceput pentru recunoaștere și interpretare de către comunitatea științifică. Valoarea rezultatului depinde de puterea predictivă, reproductibilitatea și aplicabilitatea modelului, precum și de proprietățile mesajului care conține descrierea acestuia.

Exemple de rezultate care au jucat un rol remarcabil în suportul metodologic al construirii unui mediu om-mașină pentru rezolvarea problemelor pot fi: modelul unei mașini electronice digitale inventat de J. von Neumann cu instrucțiuni de program și date stocate într-o memorie partajată [ cunoscut ca modelul von Neumann] și arhitectura von Neumann] ; inventat de creatorul Web-ului (cf. World Wide Web) T. Berners Lee Protocolul HTTP (ing. Hypertext transfer protocol - hypertext transfer protocol), care este un protocol la nivel de aplicație care definește regulile de transfer de mesaje în sistemele hipermedia (a se vedea Multimedia) și un identificator de resurse uniform URI (ing. Uniform Resource Identifier), care a devenit standardul pentru înregistrarea unei adrese de resursă postată pe Internet. Este greu de găsit astăzi (2017) un domeniu de activitate în care produsele științifice ale informaticii nu sunt aplicate. Pe baza acestuia au fost create e-mailul, Web-ul, motoarele de căutare, telefonia IP, Internetul lucrurilor și alte servicii Internet (vezi Internet); înregistrare digitală audio, foto și video; sisteme de proiectare asistată de calculator (CAD); simulatoare de calculator și roboți (vezi. Modelare pe calculator), sisteme de comunicații digitale, sisteme de navigație, imprimante 3D etc.

Noțiuni de bază

Formarea continuă a informaticii este însoțită de dezvoltarea aparatului său conceptual și de rafinarea subiectului de cercetare. În 2006, a fost creată o nouă zonă de cercetare la Institutul pentru Probleme de Informatică al Academiei Ruse de Științe (IPI RAS) - modelarea simbolică a obiectelor arbitrare într-un mediu om-mașină (abreviat- Cu simulare simbolică sau s-simulare). Unul dintre primele proiecte științifice din acest domeniu a fost dedicat metodologiei de construire a unui model simbolic al sistemului de cunoștințe informatice într-un mediu om-mașină. . În teoria modelării simbolice (s-modeling) creată în 2009, a fost propusă următoarea versiune a modelului simbolic al nucleului sistemului de concepte informatice, care include următoarele concepte.

Mesaj(Mesajul englezesc) este considerat ca un set finit ordonat de simboluri (vizual, audio etc.; vezi Simbol în informatică) sau codul acestuia (vezi Cod în informatică) care satisface protocolul de interacțiune dintre sursă și destinatar. Existența unui mesaj presupune existența unei surse de mesaj, a unui destinatar, a unui purtător, a unui mediu de transmisie, a unui mijloc de livrare și a unui protocol pentru interacțiunea dintre sursă și destinatar. În mediul om-mașină pentru rezolvarea problemelor (s-environment), oamenii cu ajutorul mașinilor programabile (s-machines) formează mesaje, prezentându-le în limbaje de interogare, programare etc.; efectuează diverse conversii (de exemplu, de la analog la digital și invers; de la necomprimat la comprimat și invers; de la o formă de reprezentare a documentului la alta); recunoaște, folosește mesaje pentru a construi mesaje noi (programe, documente etc.); interpreta pe modele de sisteme de concept (care sunt stocate în memoria interpretului și sub formă de mesaje); schimbă mesaje folosind sisteme de reguli implementate de software și hardware (protocoale de rețea, vezi mai jos). Rețea de calculatoare); salvați și acumulați mesaje (prin crearea de biblioteci electronice, enciclopedii și alte resurse de informații), rezolvați problemele de căutare și protecție a mesajelor.

Interpret de mesaje este studiat ca constructor al mesajului de ieșire în funcție de intrare în conformitate cu sistemul dat de reguli de interpretare. O condiție necesară pentru construirea unui interpret de mesaje este existența unor modele ale limbajelor de intrare și de ieșire, precum și modele de sisteme conceptuale pe care ar trebui interpretate mesajele scrise în limbajele de intrare și de ieșire.

Date(date în limba engleză) - un mesaj necesar pentru a rezolva o anumită problemă sau un set de probleme, prezentat într-o formă concepută pentru recunoașterea, transformarea și interpretarea de către rezolvator (program sau persoană). O persoană percepe datele (text, imagini etc.) în formă simbolică, în timp ce un program de calculator sau un dispozitiv de calculator (smartphone, cameră digitală etc.) le percepe în cod.

informație(Informații în limba engleză) este studiată ca urmare a interpretării mesajului pe modelul sistemului de concepte [vezi. Modelare simbolică(s-simulare)]. Pentru a extrage informații dintr-un mesaj, este necesar ca mesajul primit să fie prezentat într-o formă concepută pentru a fi recunoscut și interpretat de către destinatarul mesajului; modele de sisteme conceptuale stocate în memoria interpretului, printre care se numără cel necesar interpretării mesajului primit; mecanisme de căutare a modelului necesar, interpretarea mesajului, prezentarea rezultatului interpretării într-o formă destinată destinatarului (Fig. 2).

De exemplu, rezultatul interpretării mesajului ma , prezentat în limba a , primit de traducător (om sau robot) sub forma unui mesaj mb în limba b , este informația extrasă din mesajul ma .

Sarcină programabilă(s-problem) este considerată ca o mulțime (Formul , Rulsys , Alg , Prog ), unde Formul este enunțul problemei; Rulsys - un set de sisteme de reguli obligatorii și orientative pentru rezolvarea unei probleme, aliniate cu Formula; Alg este uniunea de seturi de algoritmi, fiecare dintre ele corespunde unui element din Rulsys; Prog este uniunea de seturi de programe, fiecare dintre ele fiind atribuit unuia dintre elementele lui Alg . Fiecare element din Rulsys, Alg și Prog trebuie să primească o descriere a aplicației. Descrierile de utilizare a elementelor Rulsys includ specificarea tipului de rezolvare a problemelor (s-mașină autonomă, cooperare în rețea a mașinilor s, cooperare om-mașină etc.), cerințele de securitate a informațiilor etc. moduri de operare a soluționării problemelor ( automat local, automat distribuit, interactiv local etc.), cerințe pentru rezultatul obținut etc. Descrierile de aplicare a programelor includ date despre limbaje de implementare, sisteme de operare etc.

Algoritm– o descriere formală a unui set finit de pași pentru rezolvarea problemei, corespunzător unuia dintre elementele Rulsys și care să permită corespondența unu-la-unu cu un set dat de date de intrare la setul rezultat de date de ieșire.

Program- un algoritm implementat într-un limbaj de programare nivel inalt, un limbaj orientat către mașină și/sau un sistem de instrucțiuni pentru mașină. Prezentat sub forma unui mesaj care definește comportamentul unui rezolvator de probleme s-machine cu proprietăți date. Există în încarnări simbolice, de cod și semnal, conectate prin relații de traducere (vezi Compilatorul în informatică).

Simbol(simbol englezesc) - un substitut al unui obiect natural sau inventat, care desemnează acest obiect și fiind un element al unui anumit sistem de construire a mesajelor simbolice (texte, notații muzicale etc.), concepute pentru a fi percepute de o persoană sau de un robot. De exemplu, alfabetul rus este un sistem de simboluri text; litera A din acest sistem este un simbol care înlocuiește sunetul corespunzător din sistemul de simboluri audio de vorbire ale limbii ruse; Litera A corespunde unui simbol textural tactil (perceput prin atingere cu degetele) într-un sistem de mesaje text pentru nevăzători cunoscut sub numele de Braille (vezi Fig. Braille). Setul de simboluri vizuale, audio și alte simboluri alese pentru a construi mesaje de un anumit tip este considerat ca un set de obiecte constructive elementare, fiecare dintre acestea fiind dotat cu un set de atribute și un set de operații permise. Crearea structurilor din elementele acestui set este determinată de sistemul de reguli de construire a modelelor simbolice [pentru mai multe detalii, vezi articolul Simbol în informatică (simbol s)].

Cod(cod ing.) - un substitut pentru un simbol sau mesaj simbolic folosit pentru a le reprezenta în calculatoare, smartphone-uri și alte mașini programabile și conceput pentru a construi, salva, transmite și interpreta mesaje simbolice [pentru mai multe detalii, vezi articolul Cod în informatică ( codul s)].

Semnal(semnal englez) este un efect optic, sonor sau de alt tip perceput de simțurile umane sau de senzorii mașinii, sau reprezentarea codului sub forma unei frecvențe de radiație electromagnetică, compoziții ale valorilor tensiunii electrice sau altele, concepute pentru a fi percepute de către hardware-ul mașinii (de exemplu, unități centrale de procesare calculator, microprocesor navigator auto). Simbolurile, codurile și semnalele sunt interconectate prin relații de transformare. Fiecărui simbol și construcție simbolică, concepute pentru percepție de către un om sau un robot, i se poate atribui corespondență unu-la-unu cu coduri concepute pentru a le manipula cu ajutorul software-ului și dispozitivelor computerizate.

Concept de model de sistem. S-modelul Cons al unui sistem de concepte este considerat ca o pereche (ConsSet , ConsRel ), unde ConsSet este un set de concepte; ConsRel este o familie de relații definite în ConsSet. Definirea unui sistem de concepte - o descriere a modelului său, însoțită de o indicație a domeniului de aplicare. Descrierea este prezentată sub forma unui mesaj conceput pentru interpretare de către destinatar, prezentare, stocare, distribuire, acumulare și căutare în mediul om-mașină a activității intelectuale. Un sistem de concepte considerate a fi definite nu trebuie să includă concepte care nu au definiții (și în același timp nu sunt legate de concepte-axiome). Determinarea domeniului de aplicare al modelului - o descriere a tipurilor de corespondent (cărora li se adresează definiția), scopul în procesul de realizare a cărui definiție are sens (clase de sarcini în studiul cărora definiția poate fi utilă) , stadiul în care este recomandabil să se utilizeze definiția (concept, metodologia de soluționare etc.) d.).

Modelul sistemului de cunoștințe. Conceptul de „cunoaștere” în s-modeling [vezi. Modelare simbolică(s-simulation)] este definită ca starea receptorului de mesaj atunci când mesajul de ieșire rezultat din interpretarea mesajului de intrare este recunoscut ca fiind deja cunoscut și nu necesită modificări ale modelelor de sisteme de concept stocate în memoria mesajului receptor. Conceptul de „cunoaștere” este definit ca o capacitate complexă de a extrage informații din mesaje care conțin condițiile sarcinilor unei anumite clase (acestea pot fi sarcini de recunoaștere a modelelor, traducere dintr-o limbă în alta sau alte clase de sarcini). Modelul S al sistemului de cunoștințe este considerat ca o triadă (Cons , Lang , Interp ), unde Cons este modelul s al sistemului de concepte; Lang este modelul s al setului de limbaje de mesaje interpretate pe Cons; Interp este modelul s al colecției de interpreți despre Contra mesajelor compuse în limbi din Lang.

Interpretarea mesajului pe modelul Cons include:

1) construirea unui mesaj de ieșire (extragerea informațiilor) conform unui mesaj de intrare dat (mesajele sunt prezentate în limbi din setul Lang);

2) analiza mesajului de ieșire (dacă sunt necesare modificări în modelul Cons);

3) dacă este necesar, atunci schimbați modelul Contra; daca nu, termina.

De exemplu, centrul creierului unui sistem modern de proiectare asistată de computer (CAD) este sistemul de cunoștințe. Productivitatea designului depinde de cât de bine este construit.

Mașină programabilă(s-machine) este o structură software și hardware pentru rezolvarea problemelor. Supercomputere, mainframe, computere personale, laptop-uri, smartphone-uri, navigatoare, camere digitale și camere video sunt toate s-cars. Tastaturile, mouse-urile, trackball-urile, touchpad-urile și alte dispozitive de intrare sunt componente ale s-machines care convertesc caracterele în coduri acceptate de driverele (consultați Driver în informatică) dispozitivelor corespunzătoare. Monitoarele computerelor personale, display-urile laptopurilor, navigatoarele etc. convertesc codurile generate de controlerele video în compoziții simbolice concepute pentru canalul vizual uman.

(s-environment) - o asociație de rețele de calculatoare și mașini programabile individuale utilizate pentru a rezolva diverse probleme. Mijloace de informatizare a diverselor tipuri de activitate. Mediul S trebuie să asigure reprezentarea codurilor digitale ale modelelor simbolice și manipularea unor astfel de coduri cu ajutorul mașinilor s. În centrul tehnologiilor moderne de comunicare digitală, proiectării asistate de calculator etc., există o idee remarcabilă în ceea ce privește consecințele implementării sale - de a reduce toată diversitatea simbolică la coduri digitale [și fiecare dintre ele la un singur cod. (au încă un cod binar)] și instruiesc lucrul cu coduri către mașini programabile, combinate într-un mediu om-mașină pentru rezolvarea problemelor.

Interacțiunea informațională în mediul s(Fig. 3) este studiat ca un set de interfețe precum „uman – om”, „uman – program”, „uman – hardware mașină programabilă”, „program - program”, „program - hardware” (vezi Portul de interfață în informatică). O persoană percepe semnalele analogice de intrare (lumină, sunet etc.) cu ajutorul dispozitivelor vizuale, auditive și a altor dispozitive de intrare ale biointeligenței (un sistem biologic care asigură funcționarea intelectului). El transformă semnalele care îl interesează în construcții vizuale simbolice, audio și alte construcții utilizate în procesele de gândire. Semnalele de ieșire ale biointeligenței sunt realizate prin gesturi (de exemplu, folosite la intrarea de la tastatură și mouse), vorbire etc. Intrarea și ieșirea programelor sunt datele de intrare și codurile de rezultat (vezi Fig. Codîn informatică), iar intrarea și ieșirea hardware-ului sunt semnale. Semnalele analogice de intrare sunt convertite în semnale digitale folosind convertoare analog-digitale(ADC) și ieșirea digitală la analogică folosind convertoare digital-analogic(DAC).

În mediul s modern (2017), mijloacele naturale de percepție, procesare și stocare a semnalului uman sunt completate de cele inventate: camere foto și video digitale, smartphone-uri etc. O parte binecunoscută a tehnologiilor de interacțiune a informațiilor este reprezentată de dezvoltarea rapidă. Servicii de internet. Obișnuit să interacționeze cu oamenii E-mail(e-mail în engleză), diferite tipuri de conexiune la Internet [ telefonie prin internet(telefonie IP); de exemplu, implementat în serviciul Skype Internet; messengers (messenger englez - conectat); de exemplu, serviciul Telegram Internet), rețelele sociale (rețelele sociale engleze), etc. Pentru interacțiunea lucrurilor folosite de oameni (sisteme de iluminat, menținerea temperaturii etc.) între ei și cu mediul extern, tehnologiile informaționale ale „ Internetul lucrurilor” sunt folosite (vezi. Internet ).

Clase de sarcini de bază

Pe baza studiului proprietăților și modelelor modelare simbolică(s-simulare) sunt definite următoarele clase de probleme de bază ale informaticii.

Reprezentarea modelelor de obiecte arbitrare, conceput pentru percepția umană și mașini programabile, este asociat cu inventarea limbajelor de mesaje care îndeplinesc anumite cerințe. Această clasă studiază sistemele de simboluri și coduri utilizate în limbajele orientate către oameni și, respectiv, pe mașini. Primul include limbaje de specificare, programare, interogări, al doilea - sisteme de instrucțiuni ale mașinii. Această clasă include și sarcini de prezentare a datelor. Include sarcinile de reprezentare a modelelor de sisteme conceptuale pe care sunt interpretate mesajele. La nivelul superior al ierarhiei sarcinilor din această clasă se află reprezentarea modelelor de sisteme de cunoștințe.

Conversia tipurilor și formelor de reprezentare ale modelelor simbolice vă permite să stabiliți o corespondență între modele. Sarcinile de conversie a tipurilor (de exemplu, vorbire în text și invers) și forme (de exemplu, analog în digital și invers; necomprimat în comprimat și invers; *.doc în *.pdf) sunt o completare necesară la sarcini de reprezentare a modelelor.

Recunoașterea mesajelor implică necesitatea prezentării acestuia într-un format cunoscut destinatarului. Când această condiție este îndeplinită, pentru a recunoaște mesajul, sunt rezolvate sarcinile de potrivire cu modele de model sau de potrivire a proprietăților modelului recunoscut cu proprietățile modelelor de model. De exemplu, în sarcina de identificare biometrică a unei persoane, datele sale biometrice (mesajul de intrare) sunt comparate cu o probă biometrică din baza de date a sistemului biometric.

Construirea modelului sisteme de concept, sisteme de cunoștințe, interpreți de mesaje pe modele de sisteme de concept; modele de sarcini, tehnologii de programare, interacțiune în mediul s; modele de arhitectură de s-machine, rețele de calculatoare, arhitecturi orientate spre servicii; modele de mesaje și mijloace de construcție a acestora, documente și flux de lucru. La nivelul superior al ierarhiei acestei clase se află sarcinile de construire a modelelor s-mediu și a tehnologiilor de modelare simbolică.

Interpretarea mesajului(extragerea informatiilor) presupune existenta mesajului primit, modelul sistemului de concepte pe baza caruia ar trebui interpretat si mecanismul de interpretare. Rezolvarea problemelor din mediul om-mașină este interpretarea datelor inițiale (mesaj de intrare) pe modelul sistemului de concepte prezentat în algoritm. Rezultatul soluției este mesajul de ieșire (informații extrase din mesajul de intrare). Dacă interpretul este un program executabil, atunci datele sursă, programul și rezultatul rezolvării problemei sunt reprezentate de codurile corespunzătoare (vezi Cod în Informatică). Pentru microprocesorul mașinii programabile, mesajele de interpretat și rezultatele interpretării sunt reprezentate prin semnale corespunzătoare instrucțiunilor mașinii și codurilor de date. De exemplu, când fotografiați cu o cameră digitală, un mesaj (sub forma unui semnal luminos) acționează asupra unei matrice fotosensibile, este recunoscut de aceasta și apoi convertit într-un cod de imagine digitală, care este interpretat de un program de îmbunătățire a imaginii. . Rezultatul rezultat este convertit și înregistrat (pe stocarea încorporată a camerei sau pe cardul de memorie) ca fișier grafic.

Schimb de mesaje: sarcinile de construire a interfețelor de tip „om – om”, „om – program”, „om – hardware-ul unei mașini programabile”, „program – program”, „program – hardware” (vezi Interfața în informatică), „ hardware - hardware” (vezi Port în informatică); sarcini de mesagerie într-un mediu om-mașină pentru rezolvarea problemelor (cu tastarea expeditorilor și destinatarilor; mijloace de transmitere, transmitere și primire a mesajelor; medii de mesagerie). Sunt inventate sisteme de reguli de schimb de mesaje (protocoale de rețea); arhitecturi de rețea; sisteme de management al documentelor. De exemplu, mesajele sunt schimbate între procese sisteme de operare(OS), programe s-machine într-o rețea de calculatoare, utilizatori de e-mail etc.

Salvarea, acumularea și căutarea mesajelor: dispozitivele de memorie și stocare, mecanismele de control ale acestora sunt studiate și tipizate; forme de conservare și acumulare; medii, metode de conservare, acumulare și căutare; baze de date și biblioteci de software. Sunt studiate modele ale subiectului de căutare (pe model, după caracteristici, după descrierea proprietăților) și metodele de căutare.

Protecția informațiilor: sunt studiate problemele de prevenire și depistare a vulnerabilităților, controlul accesului, protecția împotriva intruziunilor, malware, interceptarea mesajelor și utilizarea neautorizată.

Domenii de cercetare

Cele mai importante idei științifice care influențează dezvoltarea informaticii sunt concretizate în suportul metodologic pentru construirea de instrumente de sprijinire a proceselor de cunoaștere, interacțiune informațională și soluționare automată a diverselor probleme. În etapa actuală (2017) de dezvoltare a informaticii sunt relevante următoarele complexe interconectate de domenii de cercetare.

Automatizarea calculelor(calcularea cu ajutorul mașinilor programabile): se studiază modele, arhitecturi și sisteme de comandă ale mașinilor programabile; algoritmizarea sarcinilor programabile [algoritmi si structuri de date, algoritmi distribuiti (Algoritmi Distribuiti), algoritmi randomizati (Algoritmi Randomizati) etc.]; distributed computing (Distributed Computing), cloud computing (Cloud Computing); complexitatea și intensitatea resurselor calculelor.

Programare: sunt studiate sisteme de simboluri și coduri de text; limbaje de programare și specificații pentru sarcini; traducători; biblioteci de programe; programarea sistemului; OS; sisteme de programare instrumentală; sisteme de gestionare a bazelor de date; tehnologii de programare; servicii online pentru rezolvarea problemelor etc.

Mediu om-mașină pentru rezolvarea problemelor(s-mediu): sunt studiate modele, metode și instrumente pentru construirea unui s-mediu, rețele de calculatoare, rețele de comunicații digitale, internetul.

Percepția și prezentarea mesajelor, interacțiunea în mediul s: sunt studiate modele, metode și mijloace de percepție și prezentare a mesajelor vizuale, audio, tactile și de altă natură; senzori artificiali pentru vederea pe computer, auzul și alți; formarea de mesaje audio, vizuale, tactile și de altă natură (inclusiv cele combinate) concepute pentru o persoană și un robot partener; recunoașterea mesajelor audio, vizuale și de altă natură (vorbire, gesturi etc.); procesare imagini, grafică computerizată, vizualizare etc.; schimbul de mesaje (modele de mesaje, metodele și mijloacele de recepție și transmitere a acestora); interfete utilizator, programe, hardware, programe cu hardware; servicii de interacțiune online (mesageri, rețele sociale etc.).

Resurse informaționale și sisteme pentru rezolvarea problemelor din mediul s: sunt studiate modele, metode și mijloace de construire, reprezentare, salvare, acumulare, căutare, transferare și protejare a resurselor informaționale; gestionarea documentelor electronice; biblioteci electronice și alte sisteme informaționale; web (vezi World Wide Web).

Securitatea informațiilor si criptografie: sunt studiate metode de prevenire și depistare a vulnerabilităților; controlul accesului; protecția sistemelor informaționale împotriva intruziunilor, malware, interceptarea mesajelor; utilizarea neautorizată a resurselor informaționale, a software-ului și a hardware-ului.

Inteligenţă artificială: sunt studiate modele, metode și instrumente de construire a roboților inteligenți utilizați ca parteneri umani (pentru rezolvarea problemelor de securitate, control situațional etc.); metode experte de luare a deciziilor.

Modelare simbolică: sunt studiate sisteme de simboluri vizuale, audio, tactile și alte simboluri, considerate obiecte constructive pentru construirea de modele de entități arbitrare concepute pentru o persoană (sisteme de concepte și sisteme de cunoștințe, obiecte). mediu inconjuratorși obiecte inventate de oameni); sisteme de coduri, puse în corespondență cu sisteme de simboluri, care sunt destinate construcției de echivalente de cod ale modelelor simbolice, concepute pentru manipulare cu ajutorul programelor; limbaje pentru descrierea modelelor simbolice; scrierea modelelor simbolice și a echivalentelor lor de cod; metode de construire a modelelor simbolice ale sistemelor conceptuale și ale sistemelor de cunoștințe (inclusiv sisteme de cunoștințe despre sarcini programabile) [pentru mai multe detalii, consultați articolul Modelare simbolică(s-simulare)].

Formarea informaticii

Modelarea simbolică a obiectelor studiate a servit mult timp ca instrument principal de prezentare a cunoștințelor dobândite. Invenția simbolurilor (gestuale, grafice etc.) și a modelelor de mesaj simbolic construite din acestea, reprezentarea și acumularea unor astfel de modele în mediul extern au devenit mijloace cheie pentru formarea și dezvoltarea abilităților intelectuale. Rolul dominant al modelelor simbolice în activitatea intelectuală este determinat nu numai de compactitatea și expresivitatea lor, ci și de faptul că nu există restricții cu privire la tipurile de suporturi folosite pentru a le stoca. Media poate fi memorie umană, foaie de hârtie, matrice de cameră digitală, memorie de înregistrare vocală digitală sau altceva. Costurile de construire, copiere, transfer, salvare și acumulare de modele simbolice sunt incomparabil mai mici decât costurile similare asociate cu modelele non-simbolice (de exemplu, modele de nave, clădiri etc.). Fără instrumente de modelare simbolică, este dificil să ne imaginăm dezvoltarea științei, ingineriei și a altor activități.

În primele etape ale dezvoltării modelării, varietatea obiectelor modelate era limitată la ceea ce se numește în mod obișnuit obiecte de mediu, iar modelele acestor obiecte erau fizice. Dezvoltarea sunetului, gestului și a altor mijloace de modelare simbolică a semnificațiilor, cauzate de necesitatea raportării pericolului, plasarea obiectelor de vânătoare și a altor obiecte de observație, a contribuit la îmbunătățirea mecanismelor de cunoaștere, înțelegere reciprocă și învățare. Au început să se formeze limbile pentru mesaje, inclusiv simboluri de sunet și gesturi. Dorința de a modela comportamentul (inclusiv pe al cuiva) a pus noi provocări. Se poate presupune că inițial această dorință a fost asociată cu predarea comportamentului rațional la vânătoare, în viața de zi cu zi, în timpul dezastrelor naturale. La o anumită etapă, s-au gândit să creeze astfel de instrumente de modelare care să permită construirea de modele care să permită stocarea, copierea și transferul acestora.

Dorința de a crește eficacitatea explicațiilor care însoțesc spectacolul a condus la îmbunătățirea aparatului conceptual și a mijloacelor de întruchipare a vorbirii sale. Dezvoltarea modelelor simbolice sub formă de scheme grafice și îmbunătățirea vorbirii au condus la un model grafic al vorbirii. Scrisul a fost creat. A devenit nu numai o etapă importantă în dezvoltarea modelării simbolice, ci și un instrument puternic în dezvoltarea activității intelectuale. Acum, descrierile obiectelor de modelare și relațiile dintre ele ar putea fi reprezentate prin compoziții de texte, diagrame și desene. A fost creat un set de instrumente pentru a afișa observații, raționamente și planuri sub formă de modele simbolice care ar putea fi stocate și transmise. Au devenit actuale sarcinile de inventare a mediilor, instrumente de scriere și creare a imaginilor, agenți de colorare etc.. Acestea au fost primele sarcini pe calea construirii unui mediu de modelare simbolică.

O etapă importantă în modelarea grafică este asociată cu modelele de imagini schematice (progenitorii desenelor) - baza designului. Reprezentarea unui obiect tridimensional proiectat în trei proiecții bidimensionale, care arată dimensiunile și denumirile pieselor, a jucat un rol decisiv în dezvoltarea ingineriei. Pe drumul de la texte scrise de mână, desene și diagrame la tipografie și modele grafice în design, de la înregistrarea sunetului, fotografie și radio la cinema și televiziune, de la calculatoare și rețele locale la rețeaua globală, laboratoare virtuale și educație la distanță, rolul simbolic. modele pe care o persoană le creează cu mașini.

Productivitatea rezolvatorilor de probleme este o problemă cheie a productivității activității intelectuale, care se află în permanență în centrul atenției inventatorilor. Nevoia de evaluări cantitative ale obiectelor materiale a stimulat mult timp inventarea sistemelor de sunet, gest și apoi simboluri grafice. Pentru o vreme, s-au descurcat cu regula: fiecare valoare are propriul simbol. Numărarea folosind pietricele, bețe și alte obiecte (numărarea obiectivă) a precedat inventarea numărării simbolice (pe baza unei reprezentări grafice a cantităților). Pe măsură ce numărul obiectelor care trebuiau folosite a crescut, sarcina reprezentării simbolice a cantităților a devenit mai urgentă. Formarea conceptului de „numere” și ideea de salvare a simbolurilor la modelarea numerelor au dus la inventarea sistemelor de numere. Mențiune specială merită ideea sistemelor de numere poziționale, dintre care unul (binar) în secolul al XX-lea. a fost destinat să joace un rol cheie în inventarea mașinilor digitale programabile și codificarea digitală a modelelor de caractere. Schimbarea semnificației unui simbol cu ​​schimbarea poziției acestuia în succesiunea simbolurilor este o idee foarte productivă care a oferit progrese în inventarea dispozitivelor de calcul (de la abac la computer).

Instrumente pentru creșterea productivității rezolvatorilor de probleme. În 1622–33, omul de știință englez William Otred a propus o variantă rigla de calcul, care a devenit prototipul regulilor de calcul pe care inginerii și cercetătorii din întreaga lume îl folosesc de mai bine de 300 de ani (înainte de a deveni disponibile computerele personale). În 1642, B. Pascal, încercând să-și ajute tatăl în calculele la colectarea taxelor, creează un dispozitiv de adăugare de cinci cifre ("Pascaline" ), construit pe baza roților dințate. În anii următori, el a creat dispozitive cu șase și opt cifre care au fost concepute pentru a adăuga și scădea numere zecimale. În 1672, omul de știință german G.W. Leibniz creează un calculator mecanic digital pentru operații aritmetice pe numere zecimale de douăsprezece cifre. A fost primul calculator care a efectuat toate operațiile aritmetice. Mecanismul, numit „Roata Leibniz”, până în anii 1970. reprodus în diverse calculatoare portabile. În 1821, a început producția industrială de mașini de adăugare.În 1836–48 C. Babbage a finalizat proiectul unui calculator zecimal mecanic (numit de el motor analitic), care poate fi considerat ca un prototip mecanic al viitoarelor calculatoare. Programul de calcul, datele și rezultatul au fost înregistrate pe carduri perforate. Execuție automată programele au fost furnizate de dispozitivul de control. Mașina nu a fost construită.În 1934 - 38 K. Zuse a creat un computer binar mecanic (lungimea cuvântului– 22 de cifre binare; memorie– 64 de cuvinte; operații în virgulă mobilă). Inițial, programul și datele au fost introduse manual. Aproximativ un an mai târziu (după începutul proiectării), a fost realizat un dispozitiv pentru introducerea unui program și a datelor dintr-un film perforat, iar o unitate aritmetică mecanică (AU) a fost înlocuită cu o AU construită pe relee telefonice. În 1941, Zuse, cu participarea inginerului austriac G. Schreier, a creat primul computer binar cu releu complet funcțional din lume cu control program (Z3). În 1942, Zuse a creat și primul computer digital de control din lume (S2), care a fost folosit pentru a controla avioanele cu proiectile. Datorită secretului muncii efectuate de Zuse, rezultatele lor au devenit cunoscute abia după încheierea celui de-al doilea război mondial. Primul limbaj de programare de nivel înalt Plankalkül (germană Plankalkül - plan de calcul) a fost creat de Zuse în 1943-45, publicat în 1948. Primele calculatoare electronice digitale, începând cu computerul american ENIAC [(ENIAC - Electronic Numerical Integrator and Computer - integrator numeric electronic și calculator); începutul dezvoltării - 1943, prezentate publicului în 1946], au fost create ca mijloc de automatizare a calculelor matematice.

Crearea științei calculului cu mașini programabile. Toate R. Secolului 20 a început producția de calculatoare digitale, care în SUA și Marea Britanie au fost numite computere (calculatoare), iar în URSS - computere electronice (calculatoare). Din anii 1950 în Marea Britanie și din anii 1960 în SUA a început să se dezvolte știința calculului cu ajutorul mașinilor programabile, numită Computer Science (computer science). În 1953 Universitatea Cambridge s-a format un program la specialitatea Informatică; în SUA program similar introdus în 1962 la Universitatea Purdue.

În Germania, informatica se numea Informatik (informatica). În URSS, domeniul cercetării și ingineriei dedicat construcției și aplicării mașinilor programabile a fost numit „tehnologia computerului”. În decembrie 1948, I. S. Bruk și B. I. Rameev au primit primul certificat de drept de autor din URSS pentru inventarea unei mașini digitale automate. În anii 1950 a fost creată prima generație de calculatoare domestice (element de bază - lămpi electronice): 1950 - MESM (primul calculator electronic sovietic, dezvoltat sub conducerea S. A. Lebedev ); 1952 - M-1, BESM (până în 1953 cel mai rapid computer din Europa); 1953 - „Săgeată” (primul computer produs în masă din URSS); 1955 - Ural-1 din familia Ural de calculatoare digitale de uz general (designer șef B. I. Rameev).

Îmbunătățirea metodelor și mijloacelor de automatizare. Odată cu disponibilitatea tot mai mare a calculatoarelor pentru utilizatorii din diverse domenii de activitate, care a început în anii 1970, se constată o scădere a ponderii problemelor matematice rezolvate cu ajutorul computerelor (create inițial ca mijloc de automatizare a calculelor matematice) și o creștere a ponderea problemelor non-matematice (comunicare, căutare etc.). .). Când în a doua jumătate a anilor ’60. au început să fie produse terminale de calculator cu ecrane, dezvoltarea programelor de editor de ecran pentru introducerea, salvarea și corectarea textului cu afișarea acestuia pe ecran complet[unul dintre primii editori de ecran a fost O26, creat în 1967 pentru operatorii de consolă ai calculatoarelor din seria CDC 6000; în 1970, a fost dezvoltat vi, editorul de ecran standard pentru sistemele de operare Unix și Linux]. Utilizarea editorilor de ecran nu numai că a crescut productivitatea programatorilor, dar a creat și premisele pentru schimbări semnificative în instrumentele de construcție automată a modelelor simbolice ale obiectelor arbitrare. De exemplu, utilizarea editorilor de ecran pentru a genera texte pentru diverse scopuri(articole și cărți științifice, manuale etc.) deja în anii 1970. a permis creșterea semnificativă a productivității creării resurselor de informații text. În iunie 1975, cercetătorul american Alan Kay [creatorul limbajului de programare orientat pe obiecte Smalltalk (Smalltalk) și unul dintre autorii ideii de computer personal] în articolul „Personal Computing” (« Calcul personal» ) a scris: „Imaginați-vă că sunteți proprietarul unei mașini de cunoaștere autonome în carcasă portabilă, care are dimensiunea și forma unui blocnotes obișnuit. Cum l-ai folosi dacă senzorii săi ar fi superiori vederii și auzului tău, iar memoria sa ți-ar permite să stochezi și să recuperezi, dacă este necesar, mii de pagini de materiale de referință, poezii, scrisori, rețete, precum și desene, animații, muzicale lucrări, grafică, modele dinamiceși altceva pe care ați dori să creați, să vă amintiți și să schimbați? . Această afirmație reflecta întorsătura care avusese loc până atunci în abordarea construcției și aplicării mașinilor programabile: de la instrumente de automatizare, în principal calcule matematice, până la instrumente de rezolvare a problemelor din diverse domenii de activitate.În 1984 Kurzweil Music Systems (KMS), creat de inventatorul american Raymond Kurzweil, a produs primul sintetizator digital de muzică din lume, Kurzweil 250. A fost primul computer dedicat din lume care a transformat caracterele gesturilor introduse de la tastatură în sunete muzicale.

Îmbunătățirea metodelor și mijloacelor de interacțiune informațională. În 1962, cercetătorii americani J. Licklider și W. Clark au publicat un raport despre interacțiunea om-mașină online. Raportul conținea o justificare pentru oportunitatea construirii unei rețele globale ca platformă de infrastructură care oferă acces la resurse informaționale găzduit pe computere conectate la această rețea. Fundamentarea teoretică a comutării de pachete la transmiterea mesajelor în retele de calculatoare a fost dat într-un articol publicat în 1961 de omul de știință american L. Kleinrock.În 1971 R. Tomlinson (SUA) a inventat e-mail-ul, în 1972 a fost implementat acest serviciu. Evenimentul cheie din istoria creării Internetului a fost inventarea în 1973 de către inginerii americani V. Cerf și R. Kahn a protocolului de control al transmisiei - TCP. În 1976 au demonstrat transmiterea unui pachet de rețea prin protocolul TCP. În 1983, familia de protocoale TCP/IP a fost standardizată. În 1984, a fost creat sistemul de nume de domeniu (DNS) (vezi. Domeniu în informatică). În 1988, a fost dezvoltat protocolul de chat [Internet Real Time Text Messaging Service (IRC - Internet Relay Chat)].În 1989, proiectul Web a fost implementat (vezi. World Wide Web) dezvoltat de T. Berners Lee. 6.6.2012 - o zi semnificativă în istoria internetului: furnizori importanți de internet, producători de echipamente pentru retele de calculatoare iar companiile web au început să folosească protocolul IPv6 (împreună cu protocolul IPv4), rezolvând practic problema deficitului de adrese IP (vezi Internet). Rata ridicată de dezvoltare a Internetului este facilitată de faptul că de la începuturile sale, profesioniștii implicați în sarcinile științifice și tehnice de construire a Internetului au făcut schimb de idei și soluții fără întârziere folosindu-și capacitățile. Internetul a devenit o platformă de infrastructură pentru un mediu om-mașină pentru rezolvarea problemelor. Acesta servește ca o infrastructură de comunicații E-mail, Web, motoare de căutare, telefonie prin internet(IP-telefonie) și alte servicii de internet utilizate în informatizarea educației, științei, economiei, administrației publice și a altor activități. Bazat pe web servicii electronice a făcut posibilă funcționarea cu succes a unei varietăți de entități de internet comerciale și necomerciale: magazine online, retele sociale[Facebook (Facebook), VKontakte, Twitter (Twitter), etc.], motoarele de căutare [Google (Google), Yandex (Yandex), etc.], resurse web enciclopedice [Wikipedia (Wikipedia), Webopedia etc.], electronice biblioteci [World Digital Library (World Digital Library), Scientific Electronic Library eLibrary, etc.], portaluri de informații corporative și guvernamentale etc.

Din anii 2000, numărul de soluții de internet a crescut rapid –” casă inteligentă„(Smart House), „smart power system” (Smart Grid), etc., întruchipând conceptul de „Internet of Things” (Internet of Things). Se dezvoltă cu succes soluțiile M2M (M2M - Machine-to-Machine) bazate pe tehnologii informaționale de interacțiune machine-to-machine și concepute pentru monitorizarea senzorilor de temperatură, contoarelor de energie electrică, apometrelor etc. urmărirea locației obiectelor în mișcare pe baza sistemelor GLONASS și GPS (vezi. Sistem de poziționare prin satelit); controlul accesului la obiectele protejate etc.

Înregistrarea oficială a informaticii în URSS. Informatica a fost oficializată oficial în URSS în 1983, când Departamentul de Informatică, Inginerie Calculatoare și Automatizare a fost format ca parte a Academiei de Științe a URSS. Acesta includea Institutul de Probleme de Informatică al Academiei de Științe a URSS, înființat în același an, precum și Institutul de Matematică Aplicată al Academiei de Științe a URSS, Centrul de Calcul al Academiei de Științe URSS, Institutul pentru Transmiterea Informației. Probleme ale Academiei de Științe a URSS și ale unui număr de alte institute. În prima etapă, cercetarea în domeniul hardware și software pentru calculul de masă și sistemele bazate pe acestea a fost considerată principală. Rezultatele obținute urmau să devină baza pentru crearea unei familii de calculatoare personale (PC) casnice și aplicarea acestora pentru informatizarea activităților științifice, educaționale și a altor activități relevante.

Probleme și perspective

Suport metodologic pentru construirea unui s-mediu personal. În următorii ani, una dintre domeniile de actualitate de suport metodologic pentru îmbunătățirea s-mediului va fi asociată cu crearea unor sisteme personalizate de rezolvare a problemelor, al căror hardware este plasat în echipamentul utilizatorului. Viteze de tehnologie avansată comunicații fără fir deja suficient pentru a rezolva multe probleme bazate pe servicii de internet. Este de așteptat ca până în 2025 rata și prevalența tehnologii wireless comunicațiile vor atinge astfel de niveluri la care o parte din interfețele cu fir din zilele noastre vor fi înlocuite cu cele fără fir. Reducerea prețurilor la serviciile de Internet va contribui și la promovarea tehnologiilor de personalizare a s-mediului utilizatorului. Problemele actuale asociate cu personalizarea s-mediului sunt: ​​crearea unor sisteme simbolice și de codare mai avansate; conversia software și hardware a mesajelor audio și tactile trimise de o persoană în cele grafice, reprezentate printr-o compoziție de text, hipertext, caractere specialeși imagini; îmbunătățirea tehnologică și unificarea interfețelor wireless [în primul rând interfețe video (ieșire la alegerea utilizatorului: pe ochelari speciali, ecrane de monitor, televizor sau alt dispozitiv de ieșire video)].

Suportul metodologic pentru construirea unui s-mediu personal ar trebui să se bazeze pe rezultatele cercetărilor în domeniul inteligenței artificiale care vizează construirea nu a unui simulator de mașină de inteligență umană, ci a unui partener inteligent controlat de o persoană. Dezvoltarea tehnologiilor pentru construirea unui s-mediu personal presupune perfecţionarea metodologiilor de învăţare la distanţă, interacţiune etc.

Denumirea generală „documentație”, care servește uneori ca sinonim pentru termenul „I.”. În 1931, Institutul Bibliografic Internațional a fost fondat de către P. Otlet și un avocat și persoană publică belgiană. Lafontaine în 1895, a fost redenumit Institutul Internațional de Documentare, iar în 1938 - Federația Internațională de Documentare, care continuă să fie principala organizație internațională care reunește specialiști în . și activități științifice și de informare (vezi Documentation International Federation). În 1945, omul de știință și inginerul american W. Bush a publicat The Possible Mechanism of Our Thinking, în care pentru prima dată a fost ridicată pe scară largă problema necesității de mecanizare a recuperării informațiilor. Conferințele internaționale despre informația științifică (Londra, 1948; Washington, 1958) au marcat primele etape în dezvoltarea lui I. Studiul modelelor de împrăștiere a publicațiilor științifice efectuat a fost de mare importanță. Bradford (Marea Britanie, 1948). Până la mijlocul anilor 60. Secolului 20 au fost elaborate în principal principii și metode de regăsire a informațiilor și mijloace tehnice de implementare a acestora. W. Batten (Marea Britanie), . Muers și. Taube (SUA) a pus bazele indexării coordonatelor; . Vickery, . Fosket (Marea Britanie), J. Perry, A. Kent , J. Costello, . P. Lun, . Bernier (SUA), . C. Garden (Franţa) a dezvoltat bazele teoriei şi metodologiei de regăsire a informaţiilor; S. Cleverdon (Marea Britanie) a investigat metode de comparare a eficienței tehnice a sistemelor de regăsire a informațiilor de diferite tipuri; R. Shaw (SUA) și J. Samin (Franța) au creat primele dispozitive de regăsire a informațiilor pe microfilme și diamicrocarduri, care au servit drept prototipuri pentru multe mașini de informare speciale; K. Muller și C. Carlson (SUA) au propus noi metode de reproducere a documentelor, care au stat la baza tehnicilor moderne de reprografie. Etapa actuală în dezvoltarea informației (anii 1970) se caracterizează printr-o înțelegere mai profundă a semnificației științifice generale a activității informaționale științifice și prin utilizarea tot mai largă a calculatoarelor electronice în aceasta. D. Price (SUA), dezvoltând ideile lui J. Bernal (Marea Britanie), a evidențiat posibilitatea de măsurare a proceselor de dezvoltare a științei cu ajutorul indicatorilor și mijloacelor lui I.; . Garfield (SUA) a dezvoltat și introdus noi metode de serviciu de informare științifică; G. Menzel și W. Garvey (SUA) au studiat nevoile de informare ale oamenilor de știință și specialiștilor, importanța diferitelor procese de comunicare științifică. Teoria generală a lui I. în străinătate se formează în lucrările lui A. Avramescu (România), A. Vysotsky și M. Dembovskaya (Polonia), I. Koblitz (GDR), A. Merta (Cehoslovacia), I. Polzovich (Ungaria), . Peach (Germania), A. Rees, R. Taylor, J. Shira (SUA), R. Fairthorn (Marea Britanie) și alții.În URSS, dezvoltarea activităților științifice și de informare a mers în paralel cu formarea științei sovietice și economia națională. În anii 30. Secolului 20 a lucrat Comisia de Publicare a Indicilor (Indicilor) de Literatură Științifică, au început să apară reviste de rezumate ale Academiei de Științe a URSS despre științe fizice și matematice, chimie etc. (vezi Bibliografie). Această activitate a început să se dezvolte deosebit de intens începând cu anii 50. Formarea I. ca disciplină științifică independentă datează de la sfârșitul anilor '40 și începutul anilor '50. În URSS, informația a fost instituționalizată în 1952, când a fost înființat Institutul de Informații Științifice al Academiei de Științe a URSS, acum Institutul de Informații Științifice și Tehnice Uniune (VINITI). Începând cu 1959, Consiliul de Miniștri al URSS a adoptat o serie de rezoluții care vizează îmbunătățirea și dezvoltarea unui sistem unificat la nivel național de informații științifice și tehnice. Trei conferințe ale Uniunii privind prelucrarea automată a informațiilor științifice (în 1961, 1963 și 1966) au fost etape importante în dezvoltarea tehnologiei informației în URSS. De mare importanță pentru dezvoltarea teoriei lui I. a fost simpozionul internațional al țărilor membre ale Consiliului de Asistență Economică Reciprocă și Iugoslavia privind problemele teoretice ale informaticii (Moscova, 1970), și pentru îmbunătățirea mijloacelor tehnice ale I. .- expozițiile internaționale „Inforga-65” și „Interorgtekhnika-66”, care au demonstrat mijloacele tehnice de mecanizare complexă și automatizare a proceselor de prelucrare, stocare, căutare și diseminare a informațiilor științifice. Multe studii despre I. rusesc au stat la baza dezvoltării sale ulterioare: în domeniul teoriei generale a lui I. - lucrarea lui V. A. Uspensky, Yu. A. Shreider; construcția sistemelor de regăsire a informațiilor - G. E. Vladutsa, D. G. Lakhuti, E. . Skorokhodko, V. P. Cherenina; probleme științifice ale lui I. - G. M. Dobrova, V. V. Nalimova; documentare - G. G. Vorobyova, K. R. Simona,. I. Shamurina; crearea de dispozitive de regăsire a informațiilor și alte mijloace tehnice - . I. Gutenmakher, V. A. Kalmanson, B. M. Rakov și alții I. este împărțit în următoarele secțiuni: teoria lui I. (subiect și metode, conținut, structura și proprietăți ale informațiilor științifice), comunicare științifică (procese informale și formale, activitatea de informare științifică), regăsirea informațiilor, diseminarea și utilizarea informațiilor științifice, organizarea și istoria activității de informare științifică. Principal sarcini teoretice I. consta in dezvaluirea tiparelor generale de creare a informatiei stiintifice, transformarea, transferul si utilizarea acesteia in diverse sfere ale activitatii umane. I. nu studiază și nu elaborează criterii de apreciere a adevărului, noutății și utilității informațiilor științifice, precum și metode de prelucrare logică a acesteia în vederea obținerii de noi informații. Sarcinile aplicate ale lui I. sunt de a dezvolta metode și mijloace mai eficiente de implementare a proceselor informaționale, de a determina comunicarea științifică optimă atât în ​​interiorul științei, cât și între știință și industrie. Pentru a studia anumite probleme și a rezolva probleme aplicate se folosesc I. metode separate: cibernetică (la formalizarea proceselor de activități științifice și informaționale pentru automatizarea acestora, la construirea mașinilor informațional-logice etc.); teoria matematică a informației (la studierea proprietăților generale ale informațiilor, pentru a asigura codarea optimă a acesteia, depozitare pe termen lung , transmisie la distanta); logica matematică (pentru formalizarea proceselor de inferență logică, dezvoltarea metodelor de programare a algoritmilor informaționali etc.); semiotica (la construirea sistemelor de regăsire a informațiilor, la elaborarea regulilor de traducere din limbajele naturale la cele artificiale și invers, dezvoltarea principiilor de indexare, studierea transformărilor structurii textului care nu-i schimbă sensul etc.); lingvistică (în dezvoltarea principiilor traducerii automate și a limbilor de regăsire a informațiilor, indexare și rezumare, metode de transcriere și transliterare, în alcătuirea tezaurilor, eficientizarea terminologiei); psihologie (la studierea proceselor de gândire de creare și utilizare a informațiilor științifice, natura nevoilor de informații și formularea lor în interogări, atunci când se dezvoltă metode eficiente de citire, sisteme de servicii de informare a mașinilor, proiectarea dispozitivelor de informare); știința cărții, biblioteconomia, bibliografia, știința arhivistică (în dezvoltarea formelor optime de document științific, îmbunătățirea proceselor formale de comunicare științifică, a sistemului publicațiilor secundare); știința științei (la studierea proceselor informale ale comunicării științifice, la dezvoltarea principiilor organizatorice ale unui sistem de servicii informaționale, la prognozarea dezvoltării științei, la evaluarea nivelului și ritmului acesteia, studierea diferitelor categorii de consumatori de informații științifice); științe tehnice (să asigure mijloace tehnice pentru procesele activităților științifice și informaționale, mecanizarea și automatizarea acestora). Unele metode I., la rândul lor, își găsesc aplicație în biblioteconomie și bibliografie (în alcătuirea cataloagelor, indexurilor etc.). Informația științifică reflectă legile obiective ale naturii, societății și gândirii în mod adecvat la starea actuală a științei și este utilizată în practica socio-istorică. Întrucât baza procesului de cunoaștere este practica socială, sursa informațiilor științifice nu este doar cercetarea științifică, ci și toate tipurile de activitate viguroasă a oamenilor de a transforma natura și societatea. Informațiile științifice sunt împărțite în tipuri în funcție de domeniile de primire și utilizare (biologică, politică, tehnică, chimică, economică etc.), după scop (de masă și specială etc.). Ipotezele și teoriile, care ulterior se dovedesc a fi eronate, sunt informații științifice pentru tot timpul în care prevederile lor sunt studiate și testate sistematic în practică. Criteriul de utilizare în practica socio-istorică face posibilă distingerea informațiilor științifice de adevăruri cunoscute sau învechite, idei științifico-fantastice etc. e. Totalitatea proceselor de prezentare, transmitere si primire a informatiilor stiintifice constituie comunicare stiintifica. Fără excepție, oamenii de știință sau specialiștii sunt întotdeauna implicați în toate procesele de comunicare științifică. Gradul de participare a acestora poate fi diferit și depinde de specificul procesului. Distingeți între procesele „informale” și „formale”. „Informal” se referă la acele procese care sunt efectuate în principal de oamenii de știință sau de specialiști înșiși: un dialog direct între aceștia despre cercetarea sau dezvoltarea în curs de desfășurare, vizitarea laboratorului colegilor lor și expozițiile științifice și tehnice, vorbirea cu un public, schimbul de scrisori și reprintări ale publicații, pregătirea rezultatelor cercetării sau dezvoltărilor pentru publicare. Cele „formale” includ: procesele editoriale, de editare și tipărire; distribuție de publicații științifice, inclusiv vânzări de cărți, biblioteci și activități bibliografice; procese de schimb de literatură științifică; arhivare; de fapt activitate ştiinţifică şi informaţională. Toate procesele „formale”, cu excepția ultimului, nu sunt specifice comunicării științifice și sunt incluse în sfera comunicării de masă, ale cărei mijloace principale sunt presa scrisă, radioul, televiziunea etc. Complexitatea crescută a activității științifice și nevoia de a-și spori eficiența conduce la divizarea sa ulterioară, care are loc în diferite planuri: pe cercetare teoretică și experimentală, pe cercetare științifică, pe informare științifică și pe activități științifice și organizatorice. Serviciile de informare sunt acordate pentru a îndeplini sarcini din ce în ce mai complexe de selectare și prelucrare a informațiilor științifice, care pot fi rezolvate doar cu utilizarea concomitentă a realizărilor atât ale informațiilor, cât și a teoriilor și metodelor ramurilor specifice ale științei. Activitatea de informare științifică constă în colectarea, prelucrarea, stocarea și căutarea informațiilor științifice fixate în documente, precum și în furnizarea acesteia oamenilor de știință și specialiștilor în vederea creșterii eficienței cercetării și dezvoltării. Această activitate este desfășurată din ce în ce mai mult prin sisteme informatice integrate bazate pe principiul unei singure prelucrări exhaustive a fiecărui document științific de către specialiști cu înaltă calificare, introducerea rezultatelor unei astfel de prelucrări într-un complex de mașini format dintr-un computer și o mașină de fototipografiere și reutilizarea acestora. rezultate pentru rezolvarea diferitelor probleme de informare: publicarea de reviste de rezumate, buletine de informații semnal, recenzii analitice, colecții de traduceri, pentru realizarea difuzării selective a informațiilor (vezi. Limbajul informației), lucrări de referință și informare, copiere de documente și alte tipuri de servicii de informare. De la mijlocul anilor 40. Secolului 20 primele reviste majore despre I. apar în diferite ţări: Jurnalul de documentare (L., din 1945); „Tidskrift for Documentation” (Stockh., din 1945); „American Documentation” (Wash., din 1950, din 1970 – „Journal of the American Society for Information Science”); „Nachrichten fur Documentation” (Fr./M., din 1950); „Documentare” (Lpz., din 1953, din 1969 - „Informatik”). Din octombrie 1961, URSS publică colecția lunară „Științific Informații tehnice”, care din 1967 este publicat în două serii: „Organizarea și metodele de lucru informațional” și „Procese și sisteme informaționale”. Din 1963, VINITI a început să publice mai întâi o dată la 2 luni, iar din 1966 - revista lunară de rezumate „Informații științifice și tehnice”, care din 1970 apare sub denumirea de „Informatică”. Din 1967, această revistă a fost publicată și în limba engleză. În străinătate sunt publicate următoarele reviste de rezumate despre I.: în Marea Britanie - „Library and Information Science Abstracts” (L., din 1969; în 1950-68 se numea „Library Science Abstracts”), în SUA – „Information Science Abstracts” Abstracts” (Phil. , din 1969; în 1966-68 se numea „Documentation Abstracts”), în Franța – „Bulletin signaletique. Information scientifique et technique” (P., din 1970). Din 1964, a fost publicată informația expresă Teoria și practica informației științifice, iar din 1965 - colecții de traduceri ale publicațiilor străine despre știința informației.Din 1969, colecția periodică Știința științei și informaticii a fost publicată la Kiev. Pregătirea lucrătorilor științifici din I. se desfășoară din 1959 prin școala superioară a VINITI, pregătirea personalului pentru activități științifice și de informare - din 1963 la cursurile de perfecționare pentru inginerie de conducere și lucrători tehnico-științifici (din 1972 - Institutul pentru Formarea Avansată a Lucrătorilor în Informații), formarea tinerilor oameni de știință - viitori consumatori de informații - din 1964 la Departamentul de Informații Științifice din Moscova universitate de stat lor. M. V. Lomonosov, ingineri pentru mecanizarea și automatizarea proceselor informaționale - într-un număr de institute politehnice și de construcții de mașini. În străinătate, disciplinele de informare sunt predate în universități și școli tehnice superioare. Există tendinţa de a uni într-o singură specializare educaţională un complex de probleme de I. şi tehnologia informatică. Lit.: Mihailov A. I., Cherny A. I., Gilyarevsky R. S., Fundamentele informaticii, ed. a II-a, M., 1968; lor, Probleme de informareîn știința modernă, M., 1972; Probleme teoretice ale informaticii. sat. Art., M., 1968; Forumul Internațional de Informatică. sat. Art., vol. 1-2, M., 1969; Bush V., După cum putem crede, Atlantic Monthly, 1945, iulie, p. 101-108; Analiza anuală a științei și tehnologiei informației, v. 1-7, N. Y. - a. o., 1966-72; Dembowska M., Documentare și informații științifice, Varșovia, 1968. A. I. Mikhailov, A. I. Cherny, R. S. Gilyarevsky.

Lista articolelor

1. Măsurarea informaţiei - abordare alfabetică

2. Măsurarea informațiilor – o abordare semnificativă

3. Procese informaţionale

4. Informații

5. Cibernetica

6. Codificarea informațiilor

7. Prelucrarea informațiilor

8. Transferul de informații

9. Reprezentarea numerelor

10. Sisteme numerice

11. Stocarea informațiilor

Principalele obiecte de studiu ale științei informaticii sunt informațieȘi procesele informaţionale. Informatica ca știință independentă a apărut la mijlocul secolului al XX-lea, dar interesul științific pentru informare și cercetare în acest domeniu a apărut mai devreme.

La începutul secolului al XX-lea, mijloacele tehnice de comunicare (telefon, telegraf, radio) se dezvoltau activ.
În acest sens, apare direcția științifică „Teoria comunicării”. Dezvoltarea sa a dat naștere teoriei codificării și teoriei informațiilor, al căror fondator a fost omul de știință american C. Shannon. Teoria informației a rezolvat problema măsurători informație transmise prin canale de comunicare. Există două abordări pentru măsurarea informațiilor: plin de înțelesȘi alfabetic.

Cea mai importantă sarcină pe care o pune teoria comunicării este lupta împotriva pierderii informației în canalele de transmisie a datelor. În cursul rezolvării acestei probleme, s-a format o teorie codificare , în cadrul cărora au fost inventate metode de prezentare a informațiilor care au făcut posibilă transmiterea conținutului mesajului către destinatar fără distorsiuni, chiar și în prezența pierderilor în codul transmis. Aceste rezultate științifice sunt de mare importanță și astăzi, când volumul fluxurilor de informații pe canalele tehnice de comunicare a crescut cu multe ordine de mărime.

Precursorul informaticii moderne a fost știința „Ciberneticii”, fondată de lucrările lui N. Wiener la sfârșitul anilor 1940 - începutul anilor 50. În cibernetică a avut loc o aprofundare a conceptului de informaţie, s-a determinat locul informaţiei în sistemele de control din organismele vii, în sistemele sociale şi tehnice. Cibernetica a explorat principiile controlului programului. Apărând concomitent cu apariția primelor calculatoare, cibernetica a pus bazele științifice atât pentru dezvoltarea lor constructivă, cât și pentru numeroase aplicații.

EVM (calculator) - dispozitiv automat conceput pentru rezolvarea problemelor informaționale prin implementarea proceselor informaționale: depozitare, prelucrare Și transmiterea de informații. Descrierea principiilor și modelelor de bază ale proceselor informaționale se referă și la fundamentele teoretice ale informaticii.

Calculatorul nu funcționează cu conținutul de informații pe care doar o persoană îl poate percepe, ci cu date reprezentând informații. De aceea cea mai importantă sarcină pentru tehnologia informatică este prezentarea informatiilor sub forma unor date adecvate prelucrarii acestora. Datele și programele sunt codificate în formă binară. Procesarea oricărui tip de date într-un computer se reduce la calcule cu numere binare. De aceea tehnologia informatică este numită și digitală. Conceptul de sisteme numerice, aproximativ reprezentarea numerelorîn calculator aparțin conceptelor de bază ale informaticii.

Conceptul de „limbaj” provine din lingvistică. Limba - Acest sistem de reprezentare simbolică a informaţiei utilizate pentru stocarea şi transmiterea acesteia. Conceptul de limbaj este unul dintre conceptele de bază ale informaticii, deoarece atât datele, cât și programele dintr-un computer sunt reprezentate ca structuri simbolice. Limbajul comunicării dintre un computer și o persoană se apropie din ce în ce mai mult de formele limbajului natural.

Teoria algoritmilor aparține fundamentelor fundamentale ale informaticii. concept algoritm introdus în articolul „Prelucrarea informațiilor”. Acest subiect este tratat în detaliu în secțiunea a cincea a enciclopediei.

1. Măsurarea informațiilor. Abordare alfabetică

Abordarea alfabetică este utilizată pentru măsurare cantitatea de informațiiîntr-un text reprezentat ca o succesiune de caractere ale oarecare alfabet. Această abordare nu are legătură cu conținutul textului. Cantitatea de informații în acest caz este numită volumul informativ al textului, care este proporțională cu dimensiunea textului - numărul de caractere care alcătuiesc textul. Uneori, această abordare de măsurare a informațiilor se numește abordare volumetrică.

Fiecare caracter al textului este o anumită cantitate de informație. El este numit greutatea informațiilor simbol. Prin urmare, volumul informațional al textului este egal cu suma ponderilor informaționale ale tuturor caracterelor care compun textul.

Aici se presupune că textul este un șir consecutiv de caractere numerotate. În formula (1) i 1 denotă ponderea informațională a primului caracter al textului, i 2 - ponderea informațională a celui de-al doilea caracter al textului etc.; K- dimensiunea textului, adică numărul total de caractere din text.

Se numește întregul set de caractere diferite folosite pentru a scrie texte alfabetic. Mărimea alfabetului este un număr întreg numit puterea alfabetului. Trebuie avut în vedere că alfabetul include nu numai literele unei anumite limbi, ci toate celelalte caractere care pot fi folosite în text: numere, semne de punctuație, diverse paranteze, spații etc.

Determinarea greutăților informaționale ale simbolurilor poate avea loc în două aproximări:

1) în ipoteza unei probabilități egale (aceeași frecvență de apariție) a oricărui caracter din text;

2) luând în considerare probabilitatea diferită (frecvența diferită de apariție) a diferitelor personaje din text.

Aproximarea probabilității egale a caracterelor dintr-un text

Dacă presupunem că toate caracterele alfabetului din orice text apar cu aceeași frecvență, atunci ponderea informațională a tuturor caracterelor va fi aceeași. Lăsa N- puterea alfabetului. Atunci proporția oricărui caracter din text este 1/ N partea a textului. Conform definiției probabilității (cf. „Măsurarea informațiilor. Abordarea conținutului”) această valoare este egală cu probabilitatea apariției unui caracter în fiecare poziție a textului:

Conform formulei lui K. Shannon (vezi. „Măsurarea informațiilor. Abordarea conținutului”), cantitatea de informații pe care o poartă un simbol este calculată după cum urmează:

i = log2(1/ p) = log2 N(pic) (2)

Prin urmare, ponderea informațională a simbolului ( i) și cardinalitatea alfabetului ( N) sunt interconectate prin formula Hartley (vezi „ Măsurarea informațiilor. Abordarea conținutului” )

2 i = N.

Cunoașterea ponderii informaționale a unui personaj ( i) și dimensiunea textului, exprimată ca număr de caractere ( K), puteți calcula volumul de informații al textului folosind formula:

I= K · i (3)

Această formulă este o versiune particulară a formulei (1), în cazul în care toate simbolurile au aceeași pondere a informațiilor.

Din formula (2) rezultă că la N= 2 (alfabet binar) greutatea informației a unui caracter este de 1 bit.

Din punctul de vedere al abordării alfabetice a măsurării informațiilor 1 bit -este ponderea informațională a unui caracter din alfabetul binar.

O unitate de informaţie mai mare este octet.

1 octet -este ponderea informațională a unui caracter dintr-un alfabet cu o putere de 256.

Din 256 \u003d 2 8, conexiunea dintre un bit și un octet rezultă din formula Hartley:

2 i = 256 = 2 8

De aici: i= 8 biți = 1 octet

Pentru a reprezenta textele stocate și procesate într-un computer, cel mai des este folosit un alfabet cu o capacitate de 256 de caractere. Prin urmare,
1 caracter al unui astfel de text „cântărește” 1 octet.

Pe lângă bit și octet, unități mai mari sunt, de asemenea, folosite pentru a măsura informațiile:

1 KB (kilobyte) = 2 10 octeți = 1024 octeți,

1 MB (megaoctet) = 2 10 KB = 1024 KB,

1 GB (gigabyte) = 2 10 MB = 1024 MB.

Aproximarea probabilității diferite de apariție a caracterelor în text

Această aproximare ține cont de faptul că într-un text real apar caractere diferite cu frecvențe diferite. Rezultă că probabilitățile de apariție a diferitelor personaje într-o anumită poziție a textului sunt diferite și, prin urmare, ponderile lor informaționale sunt diferite.

Analiza statistică a textelor rusești arată că frecvența literei „o” este 0,09. Aceasta înseamnă că pentru fiecare 100 de caractere, litera „o” apare în medie de 9 ori. Același număr indică probabilitatea ca litera „o” să apară în anumită poziție text: p o = 0,09. Rezultă că greutatea informațională a literei „o” în textul rus este egală cu:

Cea mai rară literă din texte este litera „f”. Frecvența sa este 0,002. De aici:

De aici rezultă o concluzie calitativă: ponderea informațională a literelor rare este mai mare decât ponderea literelor care apar frecvent.

Cum se calculează volumul de informații al textului, ținând cont de diferitele ponderi informaționale ale simbolurilor alfabetului? Acest lucru se face după următoarea formulă:

Aici N- dimensiunea (puterea) alfabetului; nj- numărul de repetări ale numărului de caractere j in text; eu j- greutatea informatiei a numarului simbolului j.

Abordare alfabetică în cursul de informatică de la întemeierea școlii

La cursul de informatică din școala primară, cunoașterea elevilor cu abordarea alfabetică a măsurării informațiilor are loc cel mai adesea în contextul reprezentării informatice a informațiilor. Afirmația principală este așa:

Cantitatea de informații este măsurată prin dimensiunea codului binar cu care este reprezentată această informație.

Deoarece orice tip de informație este reprezentat în memoria computerului sub forma unui cod binar, această definiție este universală. Este valabil pentru informații simbolice, numerice, grafice și sonore.

Un personaj ( deversare)codul binar poartă 1pic de informație.

La explicarea metodei de măsurare a volumului informațional al unui text în cadrul cursului de informatică de bază, această problemă este relevată prin următoarea succesiune de concepte: alfabet-dimensiunea codului binar al caracterelor-volumul informativ al textului.

Logica raționamentului se desfășoară de la exemple particulare până la obținerea unei reguli generale. Să fie doar 4 caractere în alfabetul unei limbi. Să le notăm:, , , . Aceste caractere pot fi codificate folosind patru coduri binare din două cifre: - 00, - 01, - 10, - 11. Aici sunt utilizate toate opțiunile de plasare a două caractere câte două, al căror număr este 2 2 = 4. A Alfabetul cu 4 caractere este egal cu doi biți.

Următorul caz special este un alfabet de 8 caractere, fiecare caracter poate fi codificat cu un cod binar de 3 biți, deoarece numărul de plasări a două caractere în grupuri de 3 este 2 3 = 8. Prin urmare, ponderea informației a un caracter dintr-un alfabet de 8 caractere are 3 biți. etc.

Generalizând exemple particulare, obținem o regulă generală: folosirea b- cod binar, puteți codifica un alfabet format din N = 2 b- simboluri.

Exemplul 1. Pentru a scrie textul, sunt folosite doar litere mici ale alfabetului rus și un „spațiu” este folosit pentru a separa cuvintele. Care este volumul de informații al unui text format din 2000 de caractere (o pagină tipărită)?

Soluţie. Există 33 de litere în alfabetul rus. Reducându-l cu două litere (de exemplu, „ё” și „й”) și introducând un caracter spațiu, obținem un număr foarte convenabil de caractere - 32. Folosind aproximarea probabilității egale a caracterelor, scriem formula Hartley:

2i= 32 = 2 5

De aici: i= 5 biți - greutatea informațională a fiecărui caracter al alfabetului rus. Atunci volumul de informații al întregului text este egal cu:

I = 2000 5 = 10.000 pic

Exemplul 2. Calculați volumul de informații al unui text cu dimensiunea de 2000 de caractere, în a cărui înregistrare se folosește alfabetul de reprezentare computerizată a textelor cu o capacitate de 256.

Soluţie. În acest alfabet, greutatea informațiilor fiecărui caracter este de 1 octet (8 biți). Prin urmare, volumul de informații al textului este de 2000 de octeți.

În sarcinile practice pe această temă, este important să se dezvolte abilitățile elevilor în conversia cantității de informații în diferite unități: biți - octeți - kilobytes - megabytes - gigabytes. Dacă recalculăm volumul de informații al textului din exemplul 2 în kiloocteți, obținem:

2000 de octeți = 2000/1024 1,9531 KB

Exemplul 3. Volumul unui mesaj care conține 2048 de caractere a fost de 1/512 de megaoctet. Care este dimensiunea alfabetului cu care este scris mesajul?

Soluţie. Să traducem volumul de informații al mesajului din megaocteți în biți. Pentru a face acest lucru, înmulțim această valoare de două ori cu 1024 (obținem octeți) și o dată cu 8:

I = 1/512 1024 1024 8 = 16384 biți.

Deoarece această cantitate de informații este purtată de 1024 de caractere ( LA), atunci un caracter reprezintă:

eu = eu/K= 16 384/1024 = 16 biți.

Rezultă că dimensiunea (puterea) alfabetului utilizat este de 2 16 = 65 536 de caractere.

Abordare volumetrică în cursul de informatică în liceu

Studiind informatica în clasele 10-11 la nivelul de învățământ general de bază, elevii își pot lăsa cunoștințele despre abordarea volumetrică de măsurare a informațiilor la același nivel cu cel descris mai sus, i.e. în contextul cantității de cod binar al computerului.

Când se studiază informatica la nivel de profil, abordarea volumetrică trebuie luată în considerare din poziții matematice mai generale, folosind idei despre frecvența caracterelor dintr-un text, despre probabilități și relația probabilităților cu ponderile informaționale ale simbolurilor.

Cunoașterea acestor probleme este importantă pentru o înțelegere mai profundă a diferenței în utilizarea codării binare uniforme și neuniforme (vezi. „Codificarea informațiilor”), pentru a înțelege unele tehnici de compresie a datelor (vezi. „Comprimarea datelor”) și algoritmi criptografici (vezi "Criptografie" ).

Exemplul 4. În alfabetul tribului MUMU, există doar 4 litere (A, U, M, K), un semn de punctuație (punct) și un spațiu este folosit pentru a separa cuvintele. S-a calculat că popularul roman „Mumuka” conține doar 10.000 de caractere, dintre care: literele A - 4000, literele U - 1000, literele M - 2000, literele K - 1500, puncte - 500, spații - 1000. Câtă informație conține carte?

Soluţie. Deoarece volumul cărții este destul de mare, se poate presupune că frecvența de apariție în text a fiecărui simbol al alfabetului calculat din acesta este tipică pentru orice text în limba MUMU. Să calculăm frecvența de apariție a fiecărui personaj în întregul text al cărții (adică probabilitatea) și ponderile informaționale ale personajelor

Cantitatea totală de informații din carte este calculată ca suma produselor ponderii informaționale a fiecărui simbol și numărul de repetări ale acestui simbol în carte:

2. Măsurarea informațiilor. Abordarea conținutului

1) o persoană primește un mesaj despre un eveniment; în timp ce este cunoscut dinainte incertitudinea cunoașterii persoană despre evenimentul așteptat. Incertitudinea cunoașterii poate fi exprimată fie prin numărul de variante posibile ale evenimentului, fie prin probabilitatea variantelor așteptate ale evenimentului;

2) ca urmare a primirii mesajului se înlătură incertitudinea cunoașterii: dintr-un anumit număr posibil de opțiuni s-a ales una;

3) formula calculează cantitatea de informații din mesajul primit, exprimată în biți.

Formula utilizată pentru a calcula cantitatea de informații depinde de situații, care pot fi două:

1. Toate variantele posibile ale evenimentului sunt la fel de probabile. Numărul lor este finit și egal N.

2. Probabilități ( p) variantele posibile ale evenimentului sunt diferite și sunt cunoscute dinainte:

(p i ), i = 1.. N. Aici este încă N- numărul de variante posibile ale evenimentului.

Evenimente incredibile. Dacă este notat cu i cantitatea de informații din mesaj că unul dintre N evenimente equiprobabile, apoi cantitățile iȘi N sunt interconectate prin formula Hartley:

2i=N (1)

Valoare i măsurată în biți. De aici rezultă concluzia:

1 bit este cantitatea de informații din mesaj despre unul dintre cele două evenimente la fel de probabile.

Formula lui Hartley este o ecuație exponențială. Dacă i este o cantitate necunoscută, atunci soluția ecuației (1) va fi:

i = log 2 N (2)

Formulele (1) și (2) sunt identice între ele. Uneori, în literatură, formula Hartley este numită (2).

Exemplul 1. Câte informații conține mesajul că regina de pică a fost luată dintr-un pachet de cărți?

Există 32 de cărți într-un pachet. Într-un pachet amestecat, pierderea oricărei cărți este un eveniment equiprobabil. Dacă i- cantitatea de informații din mesaj că o anumită carte a căzut (de exemplu, regina de pică), apoi din ecuația Hartley:

2 i = 32 = 2 5

De aici: i= 5 biți.

Exemplul 2. Câte informații conține mesajul despre aruncarea unei fețe cu numărul 3 pe un zar cu șase fețe?

Considerând pierderea oricărei fețe ca un eveniment la fel de probabil, scriem formula Hartley: 2 i= 6. Prin urmare: i= log 2 6 = 2,58496 pic.

Evenimente inprobabile (abordare probabilistică)

Dacă probabilitatea unui eveniment este p, A i(bit) este cantitatea de informații din mesaj că acest eveniment a avut loc, apoi aceste valori sunt legate prin formula:

2 i = 1/p (3)

Rezolvarea ecuației exponențiale (3) în raport cu i, primim:

i = log 2 (1/ p) (4)

Formula (4) a fost propusă de K. Shannon, de aceea se numește formula Shannon.

O discuție despre relația dintre cantitatea de informații dintr-un mesaj și conținutul acestuia poate avea loc diferite niveluri adâncimi.

Abordare calitativă

Abordare calitativă, care poate fi folosit la nivelul propedeuticii cursului de informatică de bază (clasele 5–7) sau la cursul de bază (clasele 8–9).

Pe nivelul dat studiu, se discută următorul lanț de concepte: informație - mesaj - caracterul informativ al mesajului.

pachet original: informație- aceasta este cunoștințele oamenilor primite de ei din diverse mesaje. Următoarea întrebare este: ce este un mesaj? Mesaj- acesta este un flux de informații (flux de date), care, în procesul de transmitere a informațiilor, ajunge la subiectul care o primește. Mesajul este atât discursul pe care îl ascultăm (un mesaj radio, explicația unui profesor), cât și imaginile vizuale pe care le percepem (un film la televizor, un semafor), cât și textul cărții pe care o citim etc.

intrebare despre mesaj informativ Ar trebui să discut despre exemplele oferite de profesor și elevi. Regulă: informativHai sa sunămmesaj, care reînnoiește cunoștințele umane, adică. poartă informații pentru el. Pentru persoane diferite, același mesaj în ceea ce privește caracterul său informativ poate fi diferit. Dacă informația este „veche”, adică o persoană știe deja acest lucru sau conținutul mesajului nu este clar pentru o persoană, atunci acest mesaj nu este informativ pentru el. Informativ este mesajul care contine nou și de înțeles inteligență.

Exemple de mesaje neinformative pentru un elev de clasa a VIII-a:

1) „Capitala Franței - Paris” (nu este nouă);

2) „Chimia coloidului studiază stările de dispersie ale sistemelor cu un grad ridicat de fragmentare” (nu este clar).

Un exemplu de mesaj informativ (pentru cei care nu știau asta): „Turnul Eiffel are o înălțime de 300 de metri și o greutate de 9000 de tone.”

Introducerea conceptului de „conținut informativ al unui mesaj” este prima abordare a studierii problemei de măsurare a informațiilor în cadrul conceptului de conținut. Dacă mesajul nu este informativ pentru o persoană, atunci cantitatea de informații din el, din punctul de vedere al acestei persoane, este egală cu zero. Cantitatea de informații din mesajul informativ este mai mare decât zero.

Abordare cantitativă în aproximarea equiprobabilității

Această abordare poate fi studiată fie în versiunea avansată a cursului de bază la școala de bază, fie atunci când studiază informatica în clasele 10-11 la nivelul de bază.

Se are în vedere următorul lanț de concepte: evenimente equiprobabile - incertitudinea cunoașterii - bit ca unitate de informație - Formula lui Hartley - soluția ecuației exponențiale pentru N egală cu puteri întregi a două.

Dezvăluirea conceptului echiprobabilitate, ar trebui să se bazeze pe reprezentarea intuitivă a copiilor, susținând-o cu exemple. Evenimentele sunt la fel de probabiledacă niciunul dintre ei nu are un avantaj față de ceilalți.

După ce a introdus definiția particulară a unui bit care a fost dată mai sus, ar trebui să fie generalizată:

Un mesaj care reduce incertitudinea cunoașterii cu un factor de 2 poartă 1 bitinformație.

Această definiție este susținută de exemple de mesaje despre un eveniment din patru (2 biți), din opt (3 biți) și așa mai departe.

La acest nivel, nu puteți discuta despre opțiuni pentru valori N, nu egal cu puteri întregi de doi, pentru a nu întâmpina problema calculării logaritmilor, care nu au fost încă studiate în cursul matematicii. Dacă copiii au întrebări, de exemplu: „Câte informații conține mesajul despre rezultatul aruncării unui zar cu șase fețe”, atunci explicația poate fi construită după cum urmează. Din ecuația lui Hartley: 2 i= 6. Din moment ce 2 2< 6 < 2 3 , следовательно, 2 < i < 3. Затем сообщить более точное значение (с точностью до пяти знаков после запятой), что i= 2,58496 biți. Rețineți că, cu această abordare, cantitatea de informații poate fi exprimată ca valoare fracțională.

Abordare probabilistică a măsurării informației

Poate fi studiat în clasele 10-11 ca parte a unui curs de învățământ general la nivel de specialitate sau într-un curs opțional pe bazele matematice ale informaticii. Aici trebuie introdusă o definiție corectă din punct de vedere matematic a probabilității. În plus, elevii ar trebui să cunoască funcția logaritm și proprietățile acesteia, să fie capabili să rezolve ecuații exponențiale.

Introducând conceptul de probabilitate, trebuie raportat că probabilitatea unui eveniment este o valoare care poate lua valori de la zero la unu. Probabilitatea unui eveniment imposibil este zero(de exemplu: „mâine soarele nu va răsări deasupra orizontului”), probabilitatea unui anumit eveniment este egală cu unu(de exemplu: „Mâine soarele va răsări peste orizont”).

Următoarea prevedere: probabilitatea unui eveniment este determinată de observații multiple (măsurători, teste). Astfel de măsurători se numesc statistice. Și cu cât se fac mai multe măsurători, cu atât mai precis este determinată probabilitatea unui eveniment.

Definiția matematică a probabilității este: probabilitateeste egal cu raportul dintre numărul de rezultate care favorizează acest eveniment și numărul total de rezultate la fel de posibile.

Exemplul 3. Două rute de autobuz opresc la o stație de autobuz: nr. 5 și nr. 7. Studentului i se dă sarcina: să determine câte informații sunt conținute în mesajul că autobuzul nr. 5 s-a apropiat de stație și cât de mult informația este în mesajul că autobuzul nr. 5 s-a apropiat de 7.

Elevul a făcut cercetarea. Pe parcursul întregii zile de lucru, acesta a calculat că autobuzele s-au apropiat de stație de 100 de ori. Dintre acestea, autobuzul numărul 5 s-a apropiat de 25 de ori, iar autobuzul numărul 7 s-a apropiat de 75 de ori. Presupunând că autobuzele circulă cu aceeași frecvență în alte zile, elevul a calculat probabilitatea ca autobuzul numărul 5 la stație: p 5 = 25/100 = 1/4, iar probabilitatea de apariție a autobuzului #7 este: p 7 = 75/100 = 3/4.

Prin urmare, cantitatea de informații din mesajul despre autobuzul numărul 5 este: i 5 = log 2 4 = 2 biți. Cantitatea de informații din mesajul despre autobuzul numărul 7 este:

i 7 \u003d jurnal 2 (4/3) \u003d jurnal 2 4 - jurnal 2 3 \u003d 2 - 1,58496 \u003d 0,41504 pic.

Observați următorul rezultat calitativ: cu cât probabilitatea unui eveniment este mai mică, cu atât mai multa cantitate informațiile din mesaj. Cantitatea de informații despre un anumit eveniment este zero. De exemplu, mesajul „Mâine dimineață va veni” este de încredere și probabilitatea sa este egală cu unu. Din formula (3) rezultă: 2 i= 1/1 = 1. Prin urmare, i= 0 bit.

Formula lui Hartley (1) este un caz special al formulei (3). Daca este disponibil N evenimente la fel de probabile (rezultatul aruncării unei monede, a unui zar etc.), atunci probabilitatea fiecărei variante posibile este egală cu p = 1/N. Înlocuind în (3), obținem din nou formula Hartley: 2 i = N. Dacă în exemplul 3 autobuze #5 și #7 s-ar opri de 100 de ori la fiecare 50 de ori, atunci probabilitatea ca fiecare dintre ele să apară ar fi egală cu 1/2. Prin urmare, cantitatea de informații din mesaj despre sosirea fiecărui autobuz este i= log 2 2 = 1 bit. Am ajuns la varianta binecunoscută a conținutului informativ al mesajului despre unul dintre cele două evenimente la fel de probabile.

Exemplul 4. Luați în considerare o altă versiune a problemei autobuzului. La stație opresc autobuzele nr. 5 și nr. 7. Mesajul că autobuzul nr. 5 s-a apropiat de oprire poartă 4 biți de informații. Probabilitatea ca autobuzul numărul 7 să apară în stație este de două ori mai mică decât probabilitatea să apară autobuzul numărul 5. Câți biți de informații conține mesajul despre autobuzul numărul 7 care apare în stație?

Scriem starea problemei în următoarea formă:

i 5 = 4 biți, p 5 = 2 p 7

Amintiți-vă relația dintre probabilitate și cantitatea de informații: 2 i = 1/p

De aici: p = 2 –i

Substituind în egalitate din condiția problemei, obținem:

Concluzia rezultă din rezultatul obținut: o scădere a probabilității unui eveniment de 2 ori crește conținutul informațional al mesajului despre acesta cu 1 bit. Regula opusă este, de asemenea, evidentă: o creștere a probabilității unui eveniment de 2 ori reduce conținutul informațional al mesajului despre acesta cu 1 bit. Cunoscând aceste reguli, problema anterioară ar putea fi rezolvată „în minte”.

3. Procese informaţionale

Subiectul de studiu al științei informaticii este informațieȘi procesele informaţionale. Deoarece nu există o singură definiție general acceptată a informațiilor (cf. "Informație"), nu există nici o unitate în interpretarea conceptului „ procesele informaţionale”.

Să abordăm înțelegerea acestui concept dintr-o poziție terminologică. Cuvânt proces reprezintă un eveniment care are loc în timp: litigii, proces de producție, proces educațional, proces de creștere a organismelor vii, proces de rafinare a petrolului, proces de ardere a combustibilului, proces de zbor al navelor spațiale etc. Fiecare proces este asociat cu unele actiuni realizat de om, forțele naturii, dispozitive tehnice, cât și datorită interacțiunii lor.

Fiecare proces are obiect de influență Cuvinte cheie: inculpat, studenți, petrol, combustibil, navă spațială. Dacă procesul este asociat cu activitatea intenționată a unei persoane, atunci o astfel de persoană poate fi apelată executor de proces: judecător, profesor, astronaut. Dacă procesul se desfășoară cu ajutorul unui dispozitiv automat, atunci acesta este executantul procesului: un reactor chimic, o stație spațială automată.

Evident, în procesele informaționale obiectul influenței este informația. În manualul S.A. Beshenkova, E.A. Rakitina dă următoarea definiție: „În forma cea mai generală, procesul informațional este definit ca un ansamblu de acțiuni (operații) secvențiale efectuate asupra informațiilor (sub formă de date, informații, fapte, idei, ipoteze, teorii etc.) pentru a obține orice rezultat (obiective de realizare)”.

Analiza ulterioară a conceptului de „procese informaționale” depinde de abordarea conceptului de informație, de răspunsul la întrebarea: „Ce este informația?”. Dacă se acceptă atributiv punctul de vedere al informației (cf. "Informație"), atunci trebuie recunoscut că procesele informaționale au loc atât în ​​natura vie, cât și în cea neînsuflețită. De exemplu, ca rezultat al interacțiunii fizice dintre Pământ și Soare, dintre electroni și nucleul unui atom, dintre ocean și atmosferă. Din poziție funcţional procesele de informare conceptuală apar în organismele vii (plante, animale) și în interacțiunea lor.

CU antropocentrică din punct de vedere, executantul proceselor informaţionale este o persoană. Procesele informaționale sunt o funcție a conștiinței umane (gândire, intelect). O persoană le poate desfășura în mod independent, precum și cu ajutorul instrumentelor de activitate informațională create de el.

Orice activitate informațională, arbitrar complexă, a unei persoane se reduce la trei tipuri principale de acțiuni cu informații: salvarea, primirea/transmiterea, procesarea. De obicei, în loc de „recepție-transmisie”, ei spun pur și simplu „transmisie”, înțelegând acest proces ca unul bidirecțional: transmisie de la sursă la receptor (sinonim cu „transport”).

Stocarea, transmiterea și prelucrarea informațiilor sunt principalele tipuri de procese informaționale.

Implementarea acestor acțiuni cu informații este asociată cu prezentarea acesteia sub formă de date. Pentru stocare, procesare și transmitere sunt folosite tot felul de instrumente ale activității informaționale umane (de exemplu: hârtie și stilou, canale tehnice de comunicare, dispozitive de calcul etc.). date.

Dacă analizăm activitățile oricărei organizații (departamentul de personal al unei întreprinderi, contabilitate, un laborator științific) care lucrează cu informații „în mod demodat”, fără utilizarea computerelor, atunci sunt necesare trei tipuri de mijloace pentru a-i asigura. Activități:

Hârtie și instrumente de scris (pixuri, mașini de scris, instrumente de desen) pentru fixarea informațiilor în scopul depozitării;

Facilitati de comunicatii (curiere, telefoane, posta) pentru primirea si transmiterea de informatii;

Instrumente de calcul (conturi, calculatoare) pentru prelucrarea informațiilor.

În zilele noastre, toate aceste tipuri de activități informaționale se desfășoară folosind tehnologia informatică: datele sunt stocate pe medii digitale, transmiterea are loc prin e-mail și alte servicii de rețea de calculatoare, calculele și alte tipuri de prelucrare sunt efectuate pe un computer.

Compoziția principalelor dispozitive ale unui computer este determinată tocmai de faptul că computerul este proiectat să realizeze depozitare, prelucrareȘi transmiterea datelor. Pentru a face acest lucru, include memorie, procesor, canale interne și dispozitive externe de intrare/ieșire (vezi. "Calculator").

Pentru a separa terminologic procesele de lucru cu informații care apar în mintea umană și procesele de lucru cu date care apar în sistemele informatice, A.Ya. Friedland sugerează numirea lor diferit: primul - procese informaționale, al doilea - procese informaționale.

O altă abordare a interpretării proceselor informaționale este oferită de cibernetică. Procesele informaționale au loc în diverse sisteme de control care au loc în fauna sălbatică, în corpul uman, în sistemele sociale, în sistemele tehnice (inclusiv un computer). De exemplu, abordarea cibernetică este aplicată în neurofiziologie (cf. "Informație"), în care gestionarea proceselor fiziologice din corpul unui animal și al unei persoane, care au loc la nivel inconștient, este considerată ca un proces informațional. În neuroni (celulele creierului) stocateȘi prelucrate informația este transportată de-a lungul fibrelor nervoase difuzat informaţii sub formă de semnale de natură electrochimică. Genetica a stabilit că informația ereditară stocateîn moleculele de ADN care alcătuiesc nucleele celulelor vii. Ea determină programul de dezvoltare a organismului (adică controlează acest proces), care se realizează la nivel inconștient.

Astfel, în interpretarea cibernetică, procesele informaţionale se reduc la stocarea, transmiterea şi prelucrarea informaţiilor prezentate sub formă de semnale, coduri de natură variată.

În orice etapă a studiului informaticii la școală, ideile despre procesele informaționale poartă o funcție metodologică sistematizatoare. Studiind dispozitivul unui computer, elevii ar trebui să înțeleagă clar ce dispozitive sunt folosite pentru stocarea, procesarea și transferul datelor. Când studiază programarea, elevii ar trebui să acorde atenție faptului că programul funcționează cu date stocate în memoria computerului (ca și programul însuși), că comenzile programului determină acțiunile procesorului pentru procesarea datelor și acțiunea dispozitivelor de intrare-ieșire. pentru primirea și transmiterea datelor. Stăpânind tehnologiile informaționale, trebuie să acordăm atenție faptului că aceste tehnologii sunt axate și pe stocarea, procesarea și transmiterea informațiilor.

Vezi articolele „ Stocare a datelor”, “Procesarea datelor”, “Transferul de informații” 2.

4. Informații

Originea termenului „informații”

Cuvântul „informație” provine din latină informație, care se traduce prin clarificare, prezentare. În dicționarul explicativ al lui V.I. Dahl nu are cuvântul „informație”. Termenul „informație” a intrat în uz în limba rusă de la mijlocul secolului al XX-lea.

În cea mai mare măsură, conceptul de informație își datorează răspândirea în două domenii științifice: teoria comunicăriiȘi cibernetică. Rezultatul dezvoltării teoriei comunicării a fost teoria informaţiei fondată de Claude Shannon. Cu toate acestea, K. Shannon nu a dat o definiție a informației, în același timp, definitorie cantitatea de informații. Teoria informației este dedicată rezolvării problemei de măsurare a informațiilor.

În știință cibernetică fondat de Norbert Wiener, conceptul de informație este central (cf. "Cibernetică" 2). Este general acceptat că N. Wiener a fost cel care a introdus conceptul de informație în uz științific. Cu toate acestea, în prima sa carte despre cibernetică, N. Wiener nu definește informația. „ Informația este informație, nu materie sau energie”, a scris Wiener. Astfel, conceptul de informație, pe de o parte, se opune conceptelor de materie și energie, pe de altă parte, este pus la egalitate cu aceste concepte în ceea ce privește gradul lor de generalitate și fundamentalitate. Prin urmare, cel puțin este clar că informația este ceva ce nu poate fi atribuit nici materiei, nici energiei.

Informații în filosofie

Știința filozofiei se ocupă de înțelegerea informației ca concept fundamental. Conform unuia dintre conceptele filozofice, informația este o proprietate a tuturor, toate obiectele materiale ale lumii. Acest concept de informație se numește atributiv (informația este un atribut al tuturor obiectelor materiale). Informația din lume a apărut împreună cu Universul. In acest sens informația este o măsură a ordinii, a structurii oricărui sistem material. Procesele de dezvoltare a lumii de la haosul inițial care a venit după „Big Bang” până la formarea sistemelor anorganice, apoi sistemele organice (vii) sunt asociate cu o creștere a conținutului informațional. Acest conținut este obiectiv, independent de conștiința umană. O bucată de cărbune conține informații despre evenimente care au avut loc în antichitate. Cu toate acestea, doar o minte curioasă poate extrage aceste informații.

Un alt concept filozofic al informației se numește funcţional. Conform abordării funcționale, informația a apărut odată cu apariția vieții, deoarece este asociată cu funcționarea sistemelor complexe de auto-organizare, care includ organismele vii și societatea umană. Puteți spune și asta: informația este un atribut inerent numai naturii vii. Aceasta este una dintre trăsăturile esențiale care separă cei vii de cei nevii în natură.

Al treilea concept filozofic al informaţiei este antropocentrică, potrivit căreia informația există doar în conștiința umană, în percepția umană. Activitate de informare inerentă numai omului, apare în sistemele sociale. Prin crearea tehnologiei informației, o persoană creează instrumente pentru activitatea sa informațională.

Putem spune că utilizarea conceptului de „informație” în Viata de zi cu zi are loc într-un context antropocentric. Este firesc ca oricare dintre noi să perceapă informațiile ca mesaje schimbate între oameni. De exemplu, mass-media - mass-media sunt concepute pentru a disemina mesaje, știri în rândul populației.

Informații în biologie

În secolul al XX-lea, conceptul de informație pătrunde știința peste tot. Procesele informaționale din natura vie sunt studiate de biologie. Neurofiziologia (secțiunea de biologie) studiază mecanismele activității nervoase a animalelor și a oamenilor. Această știință construiește un model al proceselor informaționale care au loc în organism. Informațiile venite din exterior sunt convertite în semnale de natură electrochimică, care sunt transmise de la organele de simț de-a lungul fibrelor nervoase către neuronii (celulele nervoase) ale creierului. Creierul transmite informații de control sub formă de semnale de aceeași natură către țesuturile musculare, controlând astfel organele de mișcare. Mecanismul descris este în acord cu modelul cibernetic al lui N. Wiener (vezi. "Cibernetică" 2).

Într-o altă știință biologică - genetica, se folosește conceptul de informații ereditare încorporate în structura moleculelor de ADN prezente în nucleele celulelor organismelor vii (plante, animale). Genetica a dovedit că această structură este un fel de cod care determină funcționarea întregului organism: creșterea, dezvoltarea, patologiile acestuia etc. Prin moleculele de ADN, informațiile ereditare sunt transmise din generație în generație.

Studiind informatica la școala de bază (curs de bază), nu ar trebui să se aprofundeze în complexitatea problemei determinării informațiilor. Conceptul de informație este dat într-un context semnificativ:

informație - acesta este sensul, conținutul mesajelor primite de o persoană din lumea exterioară prin simțurile sale.

Conceptul de informație este dezvăluit prin lanțul:

mesaj - sens - informatie - cunoastere

O persoană percepe mesajele cu ajutorul simțurilor sale (mai ales prin vedere și auz). Dacă o persoană înțelege sens incluse într-un mesaj, atunci putem spune că acest mesaj poartă o persoană informație. De exemplu, un mesaj într-o limbă necunoscută nu conține informații pentru o anumită persoană, dar un mesaj într-o limbă maternă este de înțeles, deci informativ. Informațiile percepute și stocate în memorie se reînnoiesc cunoştinţe persoană. Al nostru cunoştinţe- aceasta este o informatie sistematizata (inrudita) in memoria noastra.

Când dezvăluiți conceptul de informație din punctul de vedere al unei abordări semnificative, ar trebui să plecăm de la ideile intuitive despre informațiile pe care le au copiii. Este recomandabil să conduci o conversație sub formă de dialog, punând elevilor întrebări la care sunt capabili să răspundă. Întrebările, de exemplu, pot fi adresate în următoarea ordine.

Spune-ne de unde îți iei informațiile?

Probabil vei mai auzi:

Din cărți, emisiuni radio și TV .

Dimineața am auzit la radio prognoza meteo .

Valorind acest răspuns, profesorul îi conduce pe elevi la concluzia finală:

Deci, la început nu știai cum va fi vremea, dar după ce ai ascultat radioul ai început să știi. Prin urmare, după ce ați primit informații, ați primit noi cunoștințe!

Astfel, profesorul, împreună cu elevii, ajunge la definiția: informațiepentru o persoană, acestea sunt informații care completează cunoștințele unei persoane, pe care le primește din diverse surse.În plus, pe numeroase exemple familiare copiilor, această definiție ar trebui să fie fixată.

După ce am stabilit o legătură între informație și cunoștințele oamenilor, se ajunge inevitabil la concluzia că informația este conținutul memoriei noastre, deoarece memoria umană este mijlocul de stocare a cunoștințelor. Este rezonabil să numim astfel de informații interne, informații operaționale pe care o persoană le deține. Cu toate acestea, oamenii stochează informații nu numai în propria memorie, ci și în înregistrări pe hârtie, pe suport magnetic etc. Astfel de informații pot fi numite externe (în relație cu o persoană). Pentru ca o persoană să-l folosească (de exemplu, pentru a pregăti un fel de mâncare după o rețetă), trebuie mai întâi să-l citească, adică. transformați-l într-o formă internă și apoi efectuați unele acțiuni.

Problema clasificării cunoștințelor (și prin urmare a informațiilor) este foarte complexă. În știință, există diferite abordări ale acesteia. Specialiștii din domeniul inteligenței artificiale sunt implicați în mod special în această problemă. În cadrul cursului de bază, este suficient să ne limităm la împărțirea cunoștințelor în declarativȘi procedural. Descrierea cunoștințelor declarative poate începe cu cuvintele: „Știu că...”. Descrierea cunoștințelor procedurale - cu cuvintele: „Știu cum...”. Este ușor să dai exemple pentru ambele tipuri de cunoștințe și să-i inviti pe copii să vină cu propriile lor exemple.

Profesorul ar trebui să fie bine conștient de semnificația propedeutică a discutării acestor probleme pentru cunoașterea viitoare a elevilor cu dispozitivul și funcționarea computerului. Un computer, ca o persoană, are o memorie internă - operațională - și o memorie externă - pe termen lung. Împărțirea cunoștințelor în declarative și procedurale în viitor poate fi legată de împărțirea informațiilor informatice în date - informații declarative și programe - informații procedurale. Utilizarea metodei didactice de analogie între funcția informațională a unei persoane și a unui computer va permite elevilor să înțeleagă mai bine esența proiectării și funcționării unui computer.

Pe baza poziției „cunoștințele umane sunt informații stocate”, profesorul informează elevii că mirosurile, gusturile și senzațiile tactile (tactile) transportă informații unei persoane. Motivul pentru aceasta este foarte simplu: deoarece ne amintim mirosurile și gusturile familiare, recunoaștem obiectele familiare prin atingere, atunci aceste senzații sunt stocate în memoria noastră și, prin urmare, sunt informații. De aici concluzia: cu ajutorul tuturor simțurilor sale, o persoană primește informații din lumea exterioară.

Atât din punct de vedere material, cât și metodologic, este foarte important să se facă distincția între semnificația conceptelor „ informație" Și " date”. La reprezentarea informațiilor în orice sistem de semne(inclusiv cele utilizate în calculatoare) ar trebui folosit termenul “date". A informație- Acest semnificația conținută în date, încorporată în acestea de către o persoană și ușor de înțeles doar pentru o persoană.

Un computer lucrează cu date: primește date de intrare, le procesează și transmite date de ieșire unei persoane - rezultate. Interpretarea semantică a datelor este efectuată de o persoană. Cu toate acestea, în vorbirea colocvială, în literatură, ei spun și scriu adesea că un computer stochează, procesează, transmite și primește informații. Acest lucru este adevărat dacă computerul nu este separat de persoană, considerându-l ca un instrument cu care o persoană realizează procese informaționale.

5. Cibernetica

Cuvântul „cibernetică” este de origine greacă, însemnând literalmente arta controlului.

În secolul IV î.Hr. în scrierile lui Platon, acest termen a fost folosit pentru a desemna managementul în sens general. În secolul al XIX-lea, A. Ampère a sugerat numirea ciberneticii știința gestionării societății umane.

Într-o interpretare modernă cibernetică- o știință care studiază legile generale ale controlului și relațiilor în sistemele organizate (mașini, organisme vii, în societate).

Apariția ciberneticii ca știință independentă este asociată cu publicarea cărților omului de știință american Norbert Wiener „Cybernetics, or Control and Communication in Animal and Machine” în 1948 și „Cybernetics and Society” în 1954.

Principala descoperire științifică a ciberneticii a fost justificarea unitatea legilor de control în sistemele naturale și artificiale. N. Wiener a ajuns la această concluzie construind model informativ procesele de management.

Norbert Wiener (1894–1964), SUA

O schemă similară era cunoscută în teoria controlului automat. Wiener a generalizat-o la toate tipurile de sisteme, făcând abstracție de la mecanismele de comunicare specifice, considerând această legătură ca informațională.

Schema de control al feedback-ului

Canalul de comunicare directă transmite informații de control - comenzi de control. Canalul de feedback transmite informații despre starea obiectului controlat, despre răspunsul acestuia la acțiunea de control, precum și despre starea mediului extern, care este adesea un factor semnificativ în management.

Cibernetica dezvoltă conceptul de informație ca conținut al semnalelor transmise prin canalele de comunicare. Cibernetica dezvoltă conceptul de algoritm ca informație de control pe care un obiect de control trebuie să o aibă pentru a-și îndeplini activitatea.

Apariția ciberneticii are loc concomitent cu crearea computerelor electronice. Legătura dintre computere și cibernetică este atât de strânsă încât aceste concepte au fost adesea identificate în anii 1950. Calculatoarele au fost numite mașini cibernetice.

Legătura dintre computere și cibernetică există în două aspecte. În primul rând, un computer este un automat autonom în care dispozitivul de control, care face parte din procesor, joacă rolul unui manager, iar toate celelalte dispozitive sunt obiecte de control. Comunicarea directă și de feedback se realizează prin canale de informare, iar algoritmul este prezentat sub forma unui program în limbaj mașină (un limbaj „înțeles” de procesor) stocat în memoria computerului.

În al doilea rând, odată cu inventarea computerului, s-a deschis perspectiva utilizării mașinii ca obiect de control într-o varietate de sisteme. Devine posibil să se creeze sisteme complexe cu control program, să se transfere multe tipuri de activitate umană pe dispozitive automate.

Dezvoltarea liniei „cibernetică - calculatoare” a dus în anii 1960 la apariția științei informatica cu un sistem mai dezvoltat de concepte legate de studiul informaţiei şi proceselor informaţionale.

În prezent Dispoziții generale cibernetica teoretică capătă mai multă semnificaţie filosofică. În același timp, se dezvoltă activ domenii aplicative ale ciberneticii, legate de studiul și crearea sistemelor de control în diverse domenii: cibernetică tehnică, cibernetică biomedicală, cibernetică economică. Odată cu dezvoltarea sistemelor informatice de învățare, putem vorbi despre apariția ciberneticii pedagogice.

Există diferite moduri de a include întrebări de cibernetică în cursul de educație generală. O cale este prin linia de algoritmizare. Algoritm considerată ca informații de control în modelul cibernetic al sistemului de control. În acest context, se dezvăluie tema ciberneticii.

O altă modalitate este de a include subiectul ciberneticii în linia semnificativă a modelării. Prin revizuire proces de management ca proces informaţional complex dă o idee despre Schema lui N. Wiener Cum modele ale unui astfel de proces. În versiunea standardului educațional pentru școala de bază (2004), această temă este prezentă în contextul modelării: „model cibernetic al proceselor de management”.

În opera lui A.A. Kuznetsova, S.A. Beshenkova și colab. „Cursul de informatică continuă” a numit trei domenii principale ale cursului de informatică școlară: modelarea informaţiei, procesele informaţionaleȘi baze de informare management. Liniile de conținut sunt detalierea direcțiilor principale. Astfel, tema cibernetică - tema managementului, primește și mai multă greutate decât linia de conținut. Acesta este un subiect cu mai multe fațete care vă permite să abordați următoarele probleme:

Elemente de cibernetică teoretică: model cibernetic de control prin feedback;

Elemente de cibernetică aplicată: structura sistemelor informatice de control automat (sisteme cu control program); numirea sistemelor de control automatizate;

Fundamentele teoriei algoritmilor.

Elemente de cibernetică teoretică

Vorbind despre modelul de control cibernetic, profesorul ar trebui să-l ilustreze cu exemple familiare și de înțeles elevilor. În acest caz, trebuie evidențiate principalele elemente ale sistemului de control cibernetic: obiect de control, obiect gestionat, canale directe și de feedback.

Să începem cu exemple evidente. De exemplu, un șofer și o mașină. Șoferul este managerul, mașina este obiectul controlat. Canal de comunicare directă - sistem de control al mașinii: pedale, volan, pârghii, chei etc. Canale de feedback: instrumente de pe panoul de comandă, vedere de la geamuri, auzul șoferului. Orice acțiune asupra comenzilor poate fi considerată informație transmisă: „creșterea vitezei”, „încetinirea”, „întoarcerea la dreapta”, etc. Informațiile transmise prin canalele de feedback sunt, de asemenea, necesare pentru un management de succes. Oferiți elevilor o sarcină: ce se întâmplă dacă unul dintre canalele directe sau de feedback este dezactivat? Discuția despre astfel de situații este de obicei foarte vie.

Controlul feedback-ului este numit control adaptiv. Acțiunile managerului se adaptează (adică se adaptează) la stare obiect de control, mediu inconjurator.

Cel mai apropiat exemplu pentru studenții de management într-un sistem social: un profesor care gestionează procesul de învățare la clasă. Discutați diferite forme de control al profesorului asupra elevilor: vorbire, gesturi, expresii faciale, notițe pe tablă. Cereți elevilor să enumere diferite forme de feedback; explicați modul în care profesorul adaptează cursul lecției pe baza rezultatelor feedback-ului, oferiți exemple de astfel de adaptare. De exemplu, elevii nu au făcut față sarcinii propuse - profesorul este obligat să repete explicația.

La studierea acestei teme în liceu se pot lua în considerare modalitățile de management în marile sisteme sociale: conducerea unei întreprinderi de către administrație, conducerea țării de către organele de stat etc. Aici este util să folosiți materiale din cursul de studii sociale. Atunci când analizați mecanismele de feed-forward și feedback în astfel de sisteme, atrageți atenția elevilor asupra faptului că în majoritatea cazurilor există multe canale de feed-forward și feedback. Ele sunt duplicate pentru a crește fiabilitatea sistemului de control.

Algoritmi și control

Acest subiect vă permite să dezvălui conceptul de algoritm din punct de vedere cibernetic. Logica de expansiune este următoarea. Managementul este un proces cu scop. Trebuie să ofere un anumit comportament al obiectului de control, realizarea unui anumit scop. Și pentru asta trebuie să existe un plan de management. Acest plan este implementat printr-o secvență de comenzi de control transmise printr-o legătură directă. O astfel de secvență de comenzi se numește algoritm de control.

Algoritm de control este o componentă informațională a sistemului de management. De exemplu, un profesor predă o lecție conform unui plan prestabilit. Șoferul conduce mașina de-a lungul unui traseu prestabilit.

În sistemele de control, în care rolul managerului este îndeplinit de o persoană, algoritmul de control se poate schimba și se rafina în procesul de lucru. Șoferul nu poate planifica în avans fiecare dintre acțiunile sale în timpul conducerii; Profesorul ajustează planul de lecție pe măsură ce merge. Dacă procesul este controlat de un dispozitiv automat, atunci un algoritm de control detaliat trebuie să fie încorporat în el în prealabil într-o formă formalizată. În acest caz se numește program de management. Pentru a stoca programul, dispozitivul de control automat trebuie să aibă memoria programului.

Acest subiect ar trebui să exploreze conceptul sistem autogestionat. Acesta este un singur obiect, un organism, în care sunt prezente toate componentele sistemelor de control menționate mai sus: părți de control și controlate (organe), comunicare directă și feedback informațional, informații de control - algoritmi, programe și memorie pentru stocarea acesteia. Astfel de sisteme sunt organisme vii. Cel mai perfect dintre ei este omul. Omul se controlează. Principalul organ de control este creierul uman, controlat - toate părțile corpului. Mânca management conștient(fac ce vreau) și mănânc subconştient(managementul proceselor fiziologice). Procese similare apar la animale. Cu toate acestea, proporția de control conștient la animale este mai mică decât la oameni datorită unui nivel mai ridicat de dezvoltare intelectuală umană.

Crearea de sisteme artificiale de auto-guvernare este una dintre cele mai dificile sarcini ale științei și tehnologiei. Robotica este un exemplu de astfel de direcție științifică și tehnică. Combină multe domenii ale științei: cibernetică, inteligență artificială, medicină, modelare matematică etc.

Elemente de cibernetică aplicată

Acest subiect poate fi dezvăluit fie într-o versiune aprofundată a studiului cursului de bază de informatică, fie la nivel de profil în liceu.

La sarcini cibernetică tehnică include dezvoltarea și crearea sistemelor de control tehnic la întreprinderile producătoare, în laboratoarele de cercetare, în transport etc. Astfel de sisteme se numesc sisteme cu control automat - ACS . Calculatoarele sau controlerele specializate sunt folosite ca dispozitiv de control în ACS.

Modelul de control cibernetic în raport cu ACS este prezentat în figură.

Schema sistemului de control automat

Acesta este un sistem tehnic închis care funcționează fără intervenția umană. Persoana (programatorul) pregătită program de management, l-a adus în memoria computerului. Apoi sistemul funcționează automat.

Având în vedere această problemă, elevii ar trebui să acorde atenție faptului că s-au întâlnit deja cu conversia informațiilor din analog în digital și invers (conversie DAC - ADC) în alte subiecte sau se vor întâlni din nou. Modemul funcționează pe același principiu în rețelele de calculatoare, placa de sunet la introducerea/ieșirea sunetului (vezi „ Prezentare sonora” 2).În acest sistem, un semnal electric analogic trece prin canalul de feedback de la senzorii dispozitivului controlat prin utilizarea convertor analog-digital(ADC), se transformă în date digitale discrete, intrând în calculator. Funcționează pe linie directă DAC - convertor digital-analogic, care execută verso transformare - date digitale, care vine de la computer într-un semnal electric analog furnizat nodurilor de intrare ale dispozitivului controlat.

O altă direcție a ciberneticii aplicate: sisteme de control automatizate (ACS). ACS este un sistem om-mașină. De regulă, sistemele de control automatizate sunt axate pe gestionarea activităților echipelor de producție și ale întreprinderilor. Acestea sunt sisteme de colectare computerizată, stocare, prelucrare a diverselor informații necesare funcționării întreprinderii. De exemplu, date privind fluxurile financiare, disponibilitatea materiilor prime, volumele de produse finite, informații despre personal etc. și așa mai departe. Scopul principal al unor astfel de sisteme este de a oferi rapid și precis liderilor de afaceri informatie necesara pentru luarea deciziilor de management.

Sarcinile rezolvate prin intermediul sistemelor de control automatizate apartin zonei cibernetică economică. De regulă, baza tehnică a unor astfel de sisteme sunt rețelele locale de calculatoare. ACS utilizează o varietate de tehnologii informaționale: baze de date, grafică computerizată, modelare pe calculator, sisteme expert etc.

6. Codificarea informațiilor

Cod -un sistem de semne convenționale (simboluri) pentru transmiterea, prelucrarea și stocarea informațiilor (mesaje).

Codificare - procesul de prezentare a informatiilor (mesajelor) sub forma unui cod.

Se apelează întregul set de caractere utilizate pentru codificare alfabet de codare. De exemplu, în memoria unui computer, orice informație este codificată folosind un alfabet binar care conține doar două caractere: 0 și 1.

Bazele științifice ale codificării au fost descrise de K. Shannon, care a studiat procesele de transmitere a informațiilor prin canalele tehnice de comunicare ( teoria comunicării, teoria codificarii). Cu această abordare codificareînțeles într-un sens mai restrâns: trecerea de la reprezentarea informațiilor într-un sistem de simboluri la reprezentarea acesteia într-un alt sistem de simboluri. De exemplu, convertirea unui text rusesc scris în cod Morse pentru transmitere prin telegraf sau radio. O astfel de codificare este legată de necesitatea de a adapta codul la mijloacele tehnice de lucru cu informațiile utilizate (a se vedea „ Transferul de informații” 2).

Decodare - procesul de conversie a codului înapoi la forma sistemului de caractere original, adică primiți mesajul original. De exemplu: traducere din codul Morse într-un text scris în rusă.

Mai larg, decodarea este procesul de recuperare a conținutului unui mesaj codificat. Cu această abordare, procesul de scriere a textului folosind alfabetul rus poate fi considerat ca codificare, iar citirea lui este decodare.

Scopurile codificării și metodele de codificare

Codificarea aceluiași mesaj poate fi diferită. De exemplu, suntem obișnuiți să scriem text rusesc folosind alfabetul rus. Dar același lucru se poate face folosind alfabetul englez. Uneori trebuie să faceți acest lucru trimițând un SMS pe un telefon mobil care nu are litere rusești pe el sau trimițând un e-mail în rusă din străinătate dacă nu există software rusificat pe computer. De exemplu, expresia: „Bună, dragă Sasha!” Trebuie să scriu așa: „Zdravstvui, dragă Sasha!”.

Există și alte moduri de a codifica vorbirea. De exemplu, stenografie - modalitate rapidă de a înregistra limba vorbită. Este deținut de doar câțiva oameni special instruiți - stenografi. Stenograful reușește să noteze textul sincron cu vorbirea celui care vorbește. În transcriere, o pictogramă denota un întreg cuvânt sau o expresie. Doar un stenograf poate descifra (decoda) o transcriere.

Exemplele date ilustrează următoarea regulă importantă: pot fi folosite diferite moduri pentru a codifica aceeași informație; alegerea lor depinde de o serie de factori: scopul codificării, condiții, fonduri disponibile. Dacă trebuie să scrieți textul în ritmul vorbirii, folosim stenografia; dacă este necesar să transferăm textul în străinătate - folosim alfabetul englez; dacă este necesar să prezentăm textul într-o formă ușor de înțeles pentru o persoană rusă alfabetizată, îl notăm conform regulilor gramaticii limbii ruse.

O altă circumstanță importantă: alegerea modului în care sunt codificate informațiile poate fi legată de modul intenționat de prelucrare a acesteia. Să-l arătăm pe un exemplu de reprezentare a numerelor - informația cantitativă. Folosind alfabetul rus, puteți scrie numărul „treizeci și cinci”. Folosind alfabetul sistemului numeric zecimal arab, scriem: „35”. A doua metodă nu este doar mai scurtă decât prima, ci și mai convenabilă pentru efectuarea calculelor. Care intrare este mai convenabilă pentru efectuarea calculelor: „treizeci și cinci de ori o sută douăzeci și șapte” sau „35 x 127”? Evident, al doilea.

Cu toate acestea, dacă este important să păstrați numărul fără distorsiuni, atunci este mai bine să îl scrieți sub formă de text. De exemplu, în documentele monetare, suma este adesea scrisă sub formă de text: „trei sute șaptezeci și cinci de ruble”. în loc de „375 de ruble”. În al doilea caz, distorsiunea unei cifre va schimba întreaga valoare. Când utilizați formularul text, chiar și erorile gramaticale pot să nu schimbe sensul. De exemplu, o persoană analfabetă a scris: „Trei sute șaptezeci și cinci de ruble”. Cu toate acestea, sensul a fost păstrat.

În unele cazuri, este necesar să se clasifice textul unui mesaj sau al documentului, astfel încât să nu poată fi citit de cei care nu ar trebui să o facă. Se numeste protecție împotriva accesului neautorizat. În acest caz, textul secret este criptat. În antichitate, criptarea era numită criptografie. Criptare este procesul de conversie a textului simplu în text cifrat și decriptare- procesul de transformare inversă, în care se reface textul original. Criptarea este, de asemenea, codificare, dar cu o metodă secretă cunoscută doar de sursă și de destinatar. Metodele de criptare sunt tratate de o știință numită criptografie(cm . "Criptografie" 2).

Istoria modalităților tehnice de codificare a informațiilor

Odată cu apariția mijloacelor tehnice de stocare și transmitere a informațiilor, au apărut noi idei și tehnici de codare. Primul mijloc tehnic de transmitere a informațiilor la distanță a fost telegraful, inventat în 1837 de americanul Samuel Morse. Un mesaj telegrafic este o secvență de semnale electrice transmise de la un aparat telegrafic prin fire către un alt aparat telegrafic. Aceste circumstanțe tehnice l-au condus pe S. Morse la ideea de a folosi doar două tipuri de semnale - scurte și lungi - pentru a codifica un mesaj transmis pe liniile telegrafice.

Samuel Finley Breeze Morse (1791–1872), SUA

Această metodă de codificare se numește cod Morse. În ea, fiecare literă a alfabetului este codificată printr-o succesiune de semnale scurte (puncte) și semnale lungi(liniuță). Literele sunt separate unele de altele prin pauze - absența semnalelor.

Cel mai faimos mesaj telegrafic este semnalul de primejdie SOS ( S av O ur S ouls- mântuiască sufletele noastre). Iată cum arată codul Morse aplicat alfabetului englez:

–––

Trei puncte (litera S), trei liniuțe (litera O), trei puncte (litera S). Două pauze separă literele una de cealaltă.

Figura arată codul Morse în raport cu alfabetul rus. Nu existau semne de punctuație speciale. Au fost notate cu cuvintele: „punct” - un punct, „spt” - o virgulă etc.

O trăsătură caracteristică a codului Morse este cod de lungime variabilă a diferitelor litere, deci codul Morse este numit cod neuniform. Literele care apar mai des în text au mai multe cod scurt decât litere rare. De exemplu, codul pentru litera „E” este un punct, iar codul pentru un caracter solid este format din șase caractere. Acest lucru se face pentru a scurta lungimea întregului mesaj. Dar din cauza lungimii variabile a codului de litere, există o problemă de separare a literelor unele de altele în text. Prin urmare, este necesar să folosiți o pauză (sărire) pentru separare. Prin urmare, alfabetul telegraf Morse este ternar, deoarece folosește trei caractere: punct, liniuță, spațiu.

Codul telegrafic uniform a fost inventat de francezul Jean Maurice Baudot la sfârșitul secolului al XIX-lea. A folosit doar două tipuri diferite semnale. Nu contează cum le numești: punct și liniuță, plus și minus, zero și unu. Acestea sunt două semnale electrice diferite. Lungimea codului tuturor caracterelor este aceeașiși este egal cu cinci. În acest caz, problema separării literelor unele de altele nu se pune: fiecare cinci semnale este un semn text. Prin urmare, nu este necesară trecerea.

Jean Maurice Emile Baudot (1845–1903), Franța

Codul Baudot este prima metodă din istoria tehnologiei de a codifica informații în binar.. Datorită acestei idei, a fost posibil să se creeze un aparat telegrafic cu imprimare directă, care arată ca o mașină de scris. Apăsarea unei taste cu o anumită literă generează semnalul corespunzător cu cinci impulsuri, care este transmis prin linia de comunicație. Aparatul de recepție, sub influența acestui semnal, tipărește aceeași literă pe o bandă de hârtie.

Calculatoarele moderne folosesc, de asemenea, un cod binar uniform pentru a codifica texte (vezi „ Sisteme de codare a textului” 2).

Tema codificarea informațiilor poate fi prezentată în curriculum la toate etapele studierii informaticii la școală.

Într-un curs propedeutic, studenților li se oferă adesea sarcini care nu au legătură cu codificarea datelor computerizate și sunt, într-un fel, o formă de joc. De exemplu, pe baza tabelului de coduri Morse, este posibil să se propună atât sarcini de codificare (codificarea textului rus folosind codul Morse), cât și sarcinile de decodare (decriptarea textului codificat folosind codul Morse).

Executarea unor astfel de sarcini poate fi interpretată ca munca unui criptograf, oferind diverse chei de criptare simple. De exemplu, alfanumeric, înlocuind fiecare literă cu numărul său ordinal din alfabet. În plus, semnele de punctuație și alte simboluri ar trebui adăugate la alfabet pentru a codifica complet textul. Rugați elevii să vină cu o modalitate de a distinge între literele mici și mari.

Atunci când efectuează astfel de sarcini, elevii ar trebui să acorde atenție faptului că este necesar un caracter de separare - un spațiu, deoarece codul se dovedește a fi neuniformă: unele litere sunt criptate cu o cifră, altele cu două.

Invitați cursanții să se gândească la cum se pot descurca fără a separa literele din cod. Aceste reflecții ar trebui să conducă la ideea unui cod uniform, în care fiecare caracter este codificat cu două cifre zecimale: A - 01, B - 02 etc.

Colecții de sarcini pentru codificarea și criptarea informațiilor sunt disponibile într-un număr de manuale pentru școală.

În cursul de bază de informatică pentru școala principală, tema codării este mai mult asociată cu tema reprezentării într-un computer. tipuri variate date: numere, texte, imagini, sunet (vezi „ Tehnologia de informație” 2).

La clasele superioare, conținutul unui curs de învățământ general sau opțional poate trata mai detaliat probleme legate de teoria codificării dezvoltată de K. Shannon în cadrul teoriei informației. Există o serie de sarcini interesante aici, a căror înțelegere necesită un nivel crescut de pregătire matematică și programare a elevilor. Acestea sunt problemele de codare economică, algoritm de codare universal, codificare de corectare a erorilor. Multe dintre aceste probleme sunt discutate în detaliu în manualul „Bazele matematice ale informaticii”.

7. Prelucrarea informațiilor

Procesarea datelor - procesul de schimbare sistematică a conținutului sau formei de prezentare a informațiilor.

Prelucrarea informațiilor este efectuată în conformitate cu anumite reguli de către un subiect sau obiect (de exemplu, o persoană sau un dispozitiv automat). Îl vom chema executor de prelucrare a informaţiei.

Realizatorul procesării, interacționând cu mediul extern, primește de la acesta informații de intrare care este în curs de prelucrare. Rezultatul prelucrării este imprima transmise mediului extern. Astfel, mediul extern acționează ca o sursă de informații de intrare și un consumator de informații de ieșire.

Prelucrarea informațiilor are loc după anumite reguli cunoscute de executant. Regulile de procesare, care sunt o descriere a secvenței pașilor individuali de procesare, sunt numite algoritm de procesare a informațiilor.

Executorul de procesare trebuie să includă o unitate de procesare, pe care o vom numi procesor, și un bloc de memorie în care sunt stocate atât informațiile prelucrate, cât și regulile (algoritmul) de procesare. Toate cele de mai sus sunt prezentate schematic în figură.

Schema de prelucrare a informațiilor

Exemplu. Elevul, rezolvând problema din lecție, realizează prelucrarea informațiilor. Mediul extern pentru el este atmosfera lecției. Informațiile de intrare sunt condiția sarcinii, care este raportată de profesorul care conduce lecția. Elevul memorează starea problemei. Pentru a facilita memorarea, el poate folosi note într-un caiet - o memorie externă. Din explicația profesorului, a învățat (și-a amintit) modul de rezolvare a problemei. Procesorul este aparatul mental al elevului, cu ajutorul căruia pentru a rezolva problema, acesta primește un răspuns - informații de ieșire.

Schema prezentată în figură este o schemă generală de procesare a informațiilor care nu depinde de cine (sau ce) este executantul procesării: un organism viu sau un sistem tehnic. Această schemă este implementată prin mijloace tehnice într-un computer. Prin urmare, putem spune că computerul este model tehnic sistem de procesare a informațiilor „în direct”. Include toate componentele principale ale sistemului de procesare: procesor, memorie, dispozitive de intrare, dispozitive de ieșire (vezi „ Dispozitiv computer” 2).

Informațiile de intrare prezentate sub formă simbolică (caractere, litere, cifre, semnale) sunt numite date de intrare. Ca urmare a prelucrării de către executant, ieșire. Datele de intrare și de ieșire pot fi un set de valori - elemente de date individuale. Dacă prelucrarea constă în calcule matematice, atunci datele de intrare și de ieșire sunt seturi de numere. Următoarea figură X: {X 1, X 2, …, xn) denotă setul de date de intrare și Y: {y 1, y 2, …, ym) - set de date de ieșire:

Schema de prelucrare a datelor

Procesarea înseamnă transformarea setului Xîn mulţime Y:

P( X) Y

Aici R denotă regulile de prelucrare utilizate de executant. Dacă executantul prelucrării informațiilor este o persoană, atunci regulile de prelucrare conform cărora acționează nu sunt întotdeauna formale și lipsite de ambiguitate. O persoană acționează adesea creativ, nu formal. Chiar și aceleași probleme matematice pot fi rezolvate în moduri diferite. Munca unui jurnalist, om de știință, traducător și alți specialiști este o muncă creativă cu informații pe care nu le respectă regulile formale.

Pentru a desemna reguli formalizate care determină succesiunea pașilor de procesare a informațiilor, informatica folosește conceptul de algoritm (vezi „ algoritm" 2). Conceptul de algoritm în matematică este asociat cu o metodă binecunoscută pentru calcularea celui mai mare divizor comun (MCD) a două numere naturale, care se numește algoritmul Euclid. În formă verbală, poate fi descris după cum urmează:

1. Dacă două numere sunt egale, luați valoarea lor comună ca GCD, altfel treceți la pasul 2.

2. Dacă numerele sunt diferite, înlocuiți-l pe cel mai mare dintre ele cu diferența dintre numerele mai mari și mai mici. Reveniți la pasul 1.

Aici intrarea sunt două numere naturale - X 1 și X 2. Rezultat Y este cel mai mare divizor comun al lor. Regula ( R) este algoritmul lui Euclid:

algoritmul lui Euclid ( X 1, X 2) Y

Un astfel de algoritm formalizat este ușor de programat pentru un computer modern. Calculatorul este executantul universal al prelucrării datelor. Algoritmul de procesare formalizat este prezentat sub forma unui program plasat în memoria computerului. Pentru un computer, regulile de procesare ( R) - Acest program.

Instrucțiuni

Explicând subiectul „Prelucrarea informațiilor”, ar trebui să se dea exemple de prelucrare, atât legate de obținerea de noi informații, cât și legate de schimbarea formei de prezentare a informațiilor.

Primul tip de prelucrare: prelucrare asociată cu obținerea de informații noi, conținut nou de cunoștințe. Acest tip de prelucrare include rezolvarea problemelor matematice. Același tip de prelucrare a informațiilor include rezolvarea diferitelor probleme prin aplicarea raționamentului logic. De exemplu, anchetatorul pe un anumit set de probe găsește un infractor; o persoană, analizând circumstanțele, ia o decizie cu privire la acțiunile sale ulterioare; un om de știință rezolvă misterul manuscriselor antice etc.

Al doilea tip de prelucrare: prelucrare asociată cu modificarea formei, dar nu modificarea conținutului. Acest tip de prelucrare a informațiilor include, de exemplu, traducerea textului dintr-o limbă în alta: forma se schimbă, dar conținutul trebuie păstrat. Un tip important de procesare pentru informatică este codificarea. Codificare- Acest transformarea informaţiei într-o formă simbolică convenabilă pentru stocarea, transmiterea, prelucrarea acesteia(cm. " Codificare” 2).

Structurarea datelor poate fi, de asemenea, clasificată ca un al doilea tip de prelucrare. Structurarea este asociată cu introducerea unei anumite ordini, a unei anumite organizări în stocarea informațiilor. Aranjarea datelor în ordine alfabetică, gruparea după unele criterii de clasificare, utilizarea unei reprezentări tabelare sau grafice sunt toate exemple de structurare.

Un tip special de prelucrare a informațiilor este căutare. Sarcina de căutare este de obicei formulată după cum urmează: există o anumită stocare a informațiilor - matrice de informații(agendă telefonică, dicționar, orarul trenurilor etc.), trebuie să găsiți în el informațiile necesare care îndeplinesc anumite termeni de căutare(numărul de telefon al acestei organizații, traducerea acestui cuvânt în Limba engleză, ora de plecare a acestui tren). Algoritmul de căutare depinde de modul în care sunt organizate informațiile. Dacă informația este structurată, atunci căutarea este mai rapidă, poate fi optimizată (vezi „ Căutare de date” 2).

Într-un curs de informatică propedeutică, problemele „cutie neagră” sunt populare. Persoana care efectuează procesarea este considerată o „cutie neagră”, adică. sistem, a cărui organizare internă și mecanism nu știm. Sarcina este de a ghici regula de prelucrare a datelor (P) pe care executantul o implementează.

Executorul de procesare calculează valoarea medie a valorilor de intrare: Y = (X 1 + X 2)/2

La intrare - un cuvânt în rusă, la ieșire - numărul de vocale.

Cea mai profundă stăpânire a problemelor de procesare a informațiilor are loc atunci când se studiază algoritmi pentru lucrul cu cantități și programare (în școală de bază și liceu). Executorul procesării informațiilor în acest caz este un computer, iar toate capabilitățile de procesare sunt încorporate în limbajul de programare. Programare Există descrierea regulilor de prelucrare a datelor de intrare în vederea obținerii datelor de ieșire.

Elevii ar trebui să aibă două tipuri de sarcini:

Sarcina directă: crearea unui algoritm (program) pentru rezolvarea problemei;

Problema inversa: algoritm dat, trebuie să determinați rezultatul execuției sale prin urmărirea algoritmului.

La rezolvarea unei probleme inverse, elevul se pune în postura unui executant de procesare, executând pas cu pas algoritmul. Rezultatele execuției la fiecare pas ar trebui să fie reflectate în tabelul de urmărire.

8. Transferul de informații

Componentele procesului de transfer de informații

Transferul de informații are loc de la sursa la destinatarul (destinatarul) informațiilor. sursă informația poate fi orice: orice obiect sau fenomen al naturii vii sau neînsuflețite. Procesul de transfer de informații are loc într-un mediu material care separă sursa și destinatarul informațiilor, care se numește canal transfer de informatii. Informația este transmisă printr-un canal sub forma unei anumite secvențe de semnale, simboluri, semne, care sunt numite mesaj. Destinatar informația este un obiect care primește un mesaj, în urma căruia apar anumite modificări ale stării sale. Toate cele de mai sus sunt prezentate schematic în figură.

Transferul de informații

O persoană primește informații din tot ceea ce o înconjoară, prin simțuri: auz, văz, miros, atingere, gust. O persoană primește cea mai mare cantitate de informații prin auz și vedere. Mesajele sonore sunt percepute de ureche - semnale acustice într-un mediu continuu (cel mai adesea în aer). Viziunea percepe semnale luminoase care transportă imaginea obiectelor.

Nu orice mesaj este informativ pentru o persoană. De exemplu, un mesaj într-o limbă de neînțeles, deși transmis unei persoane, nu conține informații pentru aceasta și nu poate provoca schimbări adecvate în starea sa (vezi „ Informație").

Un canal de informare poate fi fie de natură naturală (aerul atmosferic prin care sunt transmise undele sonore, lumina soarelui reflectată de obiectele observate), fie poate fi creat artificial. În acest din urmă caz, vorbim de mijloace tehnice de comunicare.

Sisteme de transmitere a informațiilor tehnice

Primul mijloc tehnic de transmitere a informațiilor la distanță a fost telegraful, inventat în 1837 de americanul Samuel Morse. În 1876, americanul A. Bell inventează telefonul. Pe baza descoperirii undelor electromagnetice de către fizicianul german Heinrich Hertz (1886), A.S. Popov în Rusia în 1895 și aproape simultan cu el în 1896 G. Marconi în Italia, a fost inventat radioul. Televiziunea și internetul au apărut în secolul al XX-lea.

Toate metodele tehnice enumerate de comunicare a informațiilor se bazează pe transmiterea unui semnal fizic (electric sau electromagnetic) la distanță și sunt supuse anumitor legi generale. Studiul acestor legi este teoria comunicării care a apărut în anii 1920. Aparatul matematic al teoriei comunicării - teoria matematică a comunicării, dezvoltat de omul de știință american Claude Shannon.

Claude Elwood Shannon (1916–2001), SUA

Claude Shannon a propus un model pentru procesul de transmitere a informațiilor prin canalele tehnice de comunicare, reprezentat printr-o diagramă.

Sistem de transmitere a informațiilor tehnice

Codarea înseamnă aici orice transformare a informațiilor provenind dintr-o sursă într-o formă adecvată pentru transmiterea acesteia pe un canal de comunicație. Decodare - transformarea inversă a secvenței semnalului.

Funcționarea unei astfel de scheme poate fi explicată prin procesul familiar de a vorbi la telefon. Sursa de informații este persoana care vorbește. Un encoder este un microfon al receptorului care convertește undele sonore (vorbirea) în semnale electrice. Canalul de comunicație este rețeaua telefonică (fire, comutatoare ale nodurilor telefonice prin care trece semnalul). Dispozitivul de decodare este receptor(căști) unei persoane care ascultă - un receptor de informații. Aici semnalul electric de intrare este convertit în sunet.

Modern sisteme informatice transmiterea de informații – rețelele de calculatoare funcționează pe același principiu. Există un proces de codificare care convertește codul binar al computerului în semnal fizic de tipul care se transmite prin canalul de comunicare. Decodificarea este transformarea inversă a semnalului transmis în cod de calculator. De exemplu, atunci când se utilizează linii telefonice în rețelele de calculatoare, funcțiile de codificare și decodare sunt îndeplinite de un dispozitiv numit modem.

Capacitatea canalului și rata de transfer de informații

Dezvoltatorii sistemelor tehnice de transmitere a informațiilor trebuie să rezolve două sarcini interdependente: cum să asigure cea mai mare viteză de transfer de informații și cum să reducă pierderea de informații în timpul transmiterii. Claude Shannon a fost primul om de știință care a preluat soluția acestor probleme și a creat o nouă știință pentru acea vreme - teoria informaţiei.

K.Shannon a determinat metoda de măsurare a cantității de informații transmise pe canalele de comunicare. Ei au introdus conceptul Lățime de bandă de canal,ca rată maximă posibilă de transfer de informații. Această viteză este măsurată în biți pe secundă (precum și kilobiți pe secundă, megabiți pe secundă).

Debitul unui canal de comunicare depinde de implementarea sa tehnică. De exemplu, în rețelele de calculatoare, se folosesc următoarele mijloace de comunicare:

linii telefonice,

Electric conexiune prin cablu,

cablare cu fibră optică,

Comunicare radio.

Debitul liniilor telefonice - zeci, sute de Kbps; debitul liniilor de fibră optică și al liniilor de comunicație radio este măsurat în zeci și sute de Mbps.

Zgomot, protecție împotriva zgomotului

Termenul „zgomot” se referă la diferite tipuri de interferențe care distorsionează semnalul transmis și duc la pierderea de informații. O astfel de interferență apare în primul rând din motive tehnice: calitatea slabă a liniilor de comunicație, nesiguranța unele față de altele a diferitelor fluxuri de informații transmise pe aceleași canale. Uneori, în timp ce vorbim la telefon, auzim zgomot, trosnet, care îngreunează înțelegerea interlocutorului, sau conversația cu oameni complet diferiti se suprapune conversației noastre.

Prezența zgomotului duce la pierderea informațiilor transmise. În astfel de cazuri este necesară protecția împotriva zgomotului.

În primul rând, metodele tehnice sunt folosite pentru a proteja canalele de comunicare de efectele zgomotului. De exemplu, folosind cablu ecranat în loc de sârmă goală; utilizarea diferitelor tipuri de filtre care separă semnalul util de zgomot etc.

Claude Shannon a dezvoltat teoria codificarii, care oferă metode de tratare a zgomotului. Una dintre ideile importante ale acestei teorii este că codul transmis prin linia de comunicare trebuie să fie redundant. Datorită acestui fapt, pierderea unei anumite părți a informațiilor în timpul transmisiei poate fi compensată. De exemplu, dacă sunteți greu de auzit când vorbiți la telefon, atunci repetând fiecare cuvânt de două ori, aveți șanse mai mari ca interlocutorul să vă înțeleagă corect.

Cu toate acestea, nu puteți face redundanța prea mare. Acest lucru va duce la întârzieri și la costuri mai mari de comunicare. Teoria codării vă permite să obțineți un cod care va fi optim. În acest caz, redundanța informațiilor transmise va fi minimă posibilă, iar fiabilitatea informațiilor primite va fi maximă.

În sistemele moderne de comunicații digitale, următoarea tehnică este adesea folosită pentru a combate pierderea de informații în timpul transmisiei. Întregul mesaj este împărțit în porțiuni - pachete. Pentru fiecare pachet este calculat verifica suma(suma de cifre binare) care este transmisă cu acest pachet. La locul de primire, suma de control a pachetului primit este recalculată și, dacă nu se potrivește cu suma inițială, transmisia acest pachet se repetă. Acest lucru va continua până când sumele de control inițiale și finale se potrivesc.

Instrucțiuni

Având în vedere transferul de informații în cursurile propedeutice și de informatică de bază, în primul rând, acest subiect ar trebui discutat din postura unei persoane ca destinatar al informațiilor. Capacitatea de a primi informații din lumea înconjurătoare este cea mai importantă condiție pentru existența umană. Organele de simț umane sunt canalele de informare ale corpului uman, realizând legătura unei persoane cu mediul extern. Pe această bază, informațiile sunt împărțite în vizuale, auditive, olfactive, tactile și gustative. Motivul pentru faptul că gustul, mirosul și atingerea transportă informații către o persoană este următorul: ne amintim mirosurile obiectelor familiare, gustul alimentelor familiare, recunoaștem obiectele familiare prin atingere. Iar conținutul memoriei noastre este informații stocate.

Elevilor ar trebui să li se spună că în lumea animală rolul informațional al simțurilor este diferit de cel uman. important funcția de informare realizează simțul mirosului pentru animale. Simțul mirosului crescut al câinilor de serviciu este folosit de agențiile de aplicare a legii pentru a căuta criminali, a detecta droguri etc. Percepția vizuală și sonoră a animalelor diferă de cea a oamenilor. De exemplu, se știe că liliecii aud ultrasunetele, iar pisicile văd în întuneric (din perspectivă umană).

În cadrul acestui subiect, studenții ar trebui să fie capabili să conducă exemple concrete procesul de transfer al informației, pentru a determina pentru aceste exemple sursa, receptorul informației, canalele de transmitere a informațiilor utilizate.

Când studiază informatica în liceu, elevii ar trebui să fie introduși în prevederile de bază ale teoriei tehnice a comunicării: conceptele de codificare, decodare, rata de transfer de informații, debitului canal, zgomot, protecție împotriva zgomotului. Aceste aspecte pot fi luate în considerare în cadrul temei „Mijloace tehnice ale rețelelor de calculatoare”.

9. Reprezentarea numerelor

Numerele în matematică

Numărul este cel mai important concept al matematicii, care a evoluat și a evoluat de-a lungul unei lungi perioade a istoriei umane. Oamenii au lucrat cu numere din cele mai vechi timpuri. Inițial, o persoană a operat numai cu numere întregi pozitive, care se numesc numere naturale: 1, 2, 3, 4, ... Multă vreme a existat opinia că există cel mai mare număr, „mintea umană nu poate înțelege mai mult decât aceasta” (cum au scris ei în tratatele de matematică din slavona veche) .

Dezvoltarea științei matematice a condus la concluzia că nu există un număr cel mai mare. Din punct de vedere matematic, seria numerelor naturale este infinită, adică. nu este limitat. Odată cu apariția conceptului de număr negativ în matematică (R. Descartes, secolul XVII în Europa; în India mult mai devreme), s-a dovedit că setul de numere întregi este nelimitat atât „stânga”, cât și „dreapta”. Mulțimea matematică de numere întregi este discretă și nelimitată (infinită).

Conceptul de număr real (sau real) a fost introdus în matematică de Isaac Newton în secolul al XVIII-lea. Din punct de vedere matematic mulţimea numerelor reale este infinită şi continuă. Include multe numere întregi și un număr infinit de neîntregi. Între oricare două puncte de pe axa numerelor se află un set infinit de numere reale. Conceptul de număr real este asociat cu ideea unei axe numerice continue, din care orice punct corespunde unui număr real.

Reprezentare intreg

În memoria computerului numerele sunt stocate în sistem de numere binar(cm. " Sisteme numerice” 2). Există două forme de reprezentare a numerelor întregi într-un computer: întregi fără semn și numere întregi cu semn.

Numerele întregi fără semn - Acest multimea numerelor pozitive din interval, Unde k- aceasta este adâncimea de biți a celulei de memorie alocată numărului. De exemplu, dacă o celulă de memorie de 16 biți (2 octeți) este alocată unui număr întreg, atunci cel mai mare număr va fi:

În zecimală, aceasta corespunde cu: 2 16 - 1 \u003d 65 535

Dacă toate cifrele celulei sunt zero, atunci va fi zero. Astfel, 2 16 = 65 536 numere întregi sunt plasate într-o celulă de 16 biți.

numere întregi semnate este mulțimea numerelor pozitive și negative din interval[–2 k–1 , 2 k-unsprezece]. De exemplu, când k= interval de reprezentare cu 16 numere întregi: [–32768, 32767]. Ordinea superioară a celulei de memorie stochează semnul numărului: 0 - număr pozitiv, 1 - număr negativ. Cel mai mare număr pozitiv 32.767 are următoarea reprezentare:

De exemplu, numărul zecimal 255, după ce a fost convertit în binar și inserat într-o celulă de memorie de 16 biți, va avea următoarea reprezentare internă:

Numerele întregi negative sunt reprezentate în complementul a doi. Cod suplimentar număr pozitiv N- Acest este reprezentarea sa binară, care, atunci când este adăugată la codul numeric N dă valoare 2 k. Aici k- numărul de biți din celula de memorie. De exemplu, codul suplimentar pentru numărul 255 ar fi:

Aceasta este reprezentarea numărului negativ -255. Să adăugăm codurile numerelor 255 și -255:

Cel din cea mai mare cifră „a renunțat” la celulă, așa că suma s-a dovedit a fi zero. Dar așa ar trebui să fie: N + (–N) = 0. Procesorul calculatorului efectuează operația de scădere ca adunare cu codul suplimentar al numărului scăzut. În acest caz, depășirea celulei (depășirea valorilor limită) nu provoacă întreruperea execuției programului. Această împrejurare programatorul trebuie să o cunoască și să țină cont!

Se numește formatul de reprezentare a numerelor reale într-un computer format virgulă mobilă. numar real R reprezentat ca un produs al mantisei m bazat pe sistemul numeric nîntr-o oarecare măsură p, care se numește ordine: R= m ? np.

Reprezentarea unui număr sub formă de virgulă mobilă este ambiguă. De exemplu, pentru numărul zecimal 25,324, următoarele egalități sunt adevărate:

25,324 = 2,5324? 10 1 = 0,0025324? 10 4 \u003d 2532,4? 10 -2 etc.

Pentru a evita ambiguitatea, am fost de acord să folosim computerul o reprezentare normalizată a unui număr sub formă de virgulă mobilă. mantisaîn reprezentarea normalizată trebuie să îndeplinească condiția: 0.1 nm < 1 n. Cu alte cuvinte, mantisa este mai mică de unu și prima cifră semnificativă nu este zero. În unele cazuri, condiția de normalizare este luată după cum urmează: 1 n m < 10 n .

ÎN memoria calculatorului mantisa reprezentat ca un număr întreg care conține doar cifre semnificative(0 numere întregi și virgule nu sunt stocate). Prin urmare, reprezentarea internă a unui număr real se reduce la reprezentarea unei perechi de numere întregi: mantise și exponent.

Diferite tipuri de calculatoare folosesc moduri diferite de a reprezenta numerele în virgulă mobilă. Luați în considerare una dintre variantele reprezentării interne a unui număr real într-o celulă de memorie de patru octeți.

Celula trebuie să conțină următoarele informații despre număr: semnul numărului, exponentul și cifrele semnificative ale mantisei.

Semnul numărului este stocat în bitul cel mai semnificativ al primului octet: 0 înseamnă plus, 1 înseamnă minus. Restul de 7 biți ai primului octet conțin comanda masinii. Următorii trei octeți stochează cifrele semnificative ale mantisei (24 de biți).

Numerele binare din intervalul de la 0000000 la 1111111 sunt plasate în șapte cifre binare, ceea ce înseamnă că ordinea mașinii variază în intervalul de la 0 la 127 (în sistemul numeric zecimal). Sunt 128 de valori în total. Ordinea, evident, poate fi fie pozitivă, fie negativă. Este rezonabil să împărțim aceste 128 de valori în mod egal între valorile pozitive și negative: de la -64 la 63.

Comanda masinii părtinitoare în raport cu cea matematică și are doar valori pozitive. Decalajul este ales astfel încât să fie minim valoare matematică ordinul corespundea cu zero.

Relația dintre ordinea mașinii (Mp) și ordinea matematică (p) în cazul în cauză este exprimată prin formula: Mp = p + 64.

Formula rezultată este scrisă în sistem zecimal. În sistemul binar, formula arată astfel: Mp 2 = p 2 + 100 0000 2 .

Pentru a scrie reprezentarea internă a unui număr real, trebuie să:

1) traduceți modulul unui număr dat într-un sistem de numere binar cu 24 de cifre semnificative,

2) normalizați un număr binar,

3) găsiți ordinea mașinii în sistemul binar,

4) ținând cont de semnul numărului, scrieți reprezentarea acestuia într-un cuvânt mașină de patru octeți.

Exemplu. Scrieți reprezentarea internă a numărului 250,1875 sub formă de virgulă mobilă.

1. Să îl traducem într-un sistem de numere binar cu 24 de cifre semnificative:

250,1875 10 = 11111010,0011000000000000 2 .

2. Să scriem sub forma unui număr binar normalizat în virgulă mobilă:

0,111110100011000000000000 H 10 2 1000 .

Aici este mantisa, baza sistemului numeric
(2 10 \u003d 10 2) și ordinea (8 10 \u003d 1000 2) sunt scrise în binar.

3. Calculați ordinea mașinii în sistemul binar:

MP2 = 1000 + 100 0000 = 100 1000.

4. Să scriem reprezentarea numărului într-o celulă de memorie de patru octeți, ținând cont de semnul numărului

Forma hexazecimală: 48FA3000.

Gama numerelor reale este mult mai larg decât intervalul numerelor întregi. Numerele pozitive și negative sunt dispuse simetric în jurul zero. Prin urmare, numerele maxime și minime sunt egale în valoare absolută.

Cel mai mic număr absolut este zero. Cel mai mare număr în virgulă mobilă în valoare absolută este numărul cu cea mai mare mantise și cel mai mare exponent.

Pentru un cuvânt automat de patru octeți, acest număr ar fi:

0.11111111111111111111111 10 2 1111111 .

După convertirea la sistemul numeric zecimal, obținem:

MAX = (1 - 2 -24) 2 63 10 19 .

Dacă, la calcularea cu numere reale, rezultatul este în afara intervalului permis, atunci execuția programului este întreruptă. Acest lucru se întâmplă, de exemplu, la împărțirea la zero sau la un număr foarte mic apropiat de zero.

Numerele reale a căror lungime de biți a mantisei depășește numărul de biți alocați pentru mantise într-o celulă de memorie sunt reprezentate în computer aproximativ (cu o mantise „trunchiată”). De exemplu, numărul zecimal rațional 0,1 dintr-un computer va fi reprezentat aproximativ (rotunjit) deoarece în sistemul binar mantisa are un număr infinit de cifre. Consecința acestei aproximări este eroarea calculelor mașinii cu numere reale.

Calculatorul efectuează calcule cu numere reale aproximativ. Eroarea unor astfel de calcule se numește eroare de rotunjire a mașinii.

Mulțimea numerelor reale care pot fi reprezentate exact în memoria computerului sub formă de virgulă mobilă este limitată și discretă. Discretența este o consecință a numărului limitat de cifre ale mantisei, așa cum sa discutat mai sus.

Numărul de numere reale care pot fi reprezentate exact în memoria computerului poate fi calculat folosind formula: N = 2 t · ( U – L+ 1) + 1. Aici t- numărul de cifre binare ale mantisei; U- valoarea maximă a ordinii matematice; L- valoarea minima a comenzii. Pentru opțiunea de reprezentare considerată mai sus ( t = 24, U = 63,
L= -64) rezultă: N = 2 146 683 548.

Instrucțiuni

Tema reprezentării informațiilor numerice într-un computer este prezentă atât în ​​standardul pentru școala primară, cât și pentru liceu.

În școala de bază (cursul de bază) este suficient să se ia în considerare reprezentarea numerelor întregi într-un computer. Studierea acestei probleme este posibilă numai după familiarizarea cu subiectul „Sisteme numerice”. În plus, din principiile arhitecturii computerelor, elevii ar trebui să fie conștienți de faptul că un computer funcționează cu un sistem de numere binar.

Având în vedere reprezentarea numerelor întregi, atenția principală trebuie acordată gamei limitate de numere întregi, conexiunii acestui interval cu capacitatea celulei de memorie alocată - k. Pentru numere pozitive (fără semn): , pentru numere pozitive și negative (cu semn): [–2 k–1 , 2 k–1 – 1].

Obținerea reprezentării interne a numerelor trebuie analizată cu exemple. După aceea, prin analogie, elevii ar trebui să rezolve în mod independent astfel de probleme.

Exemplul 1 Obțineți reprezentarea internă semnată a întregului 1607 într-o locație de memorie de doi octeți.

1) Convertiți numărul în sistemul binar: 1607 10 = 11001000111 2 .

2) Adăugând zerouri la 16 cifre din stânga, obținem reprezentarea internă a acestui număr în celulă:

Este de dorit să se arate cum este utilizată forma hexazecimală pentru forma comprimată a acestui cod, care se obține prin înlocuirea fiecărei patru cifre binare cu o cifră hexazecimală: 0647 (vezi „ Sisteme numerice” 2).

Mai dificilă este problema obținerii reprezentării interne a unui număr întreg negativ (– N) - cod suplimentar. Trebuie să le arătați elevilor algoritmul acestei proceduri:

1) obțineți reprezentarea internă a unui număr pozitiv N;

2) obțineți codul de retur al acestui număr prin înlocuirea 0 cu 1 și 1 cu 0;

3) adăugați 1 la numărul rezultat.

Exemplul 2. Obțineți reprezentarea internă a unui număr întreg negativ -1607 într-o locație de memorie de doi octeți.

Este util să le arătați elevilor cum arată reprezentarea internă a celui mai mic număr negativ. Într-o celulă de doi octeți, aceasta este -32.768.

1) este ușor să convertiți numărul 32 768 în sistemul numeric binar, deoarece 32 768 = 2 15. Prin urmare, în binar este:

1000000000000000

2) scrieți codul invers:

0111111111111111

3) adăugați unul la acest număr binar, obținem

Cel din primul bit înseamnă semnul minus. Nu trebuie să vă gândiți că codul primit este minus zero. Acesta este -32.768 în formă de complement a doi. Acestea sunt regulile pentru reprezentarea automată a numerelor întregi.

După ce arătați acest exemplu, cereți elevilor să demonstreze singuri că prin adăugarea codurilor numerice 32767 + (-32768) rezultă codul numeric -1.

Conform standardului, reprezentarea numerelor reale ar trebui studiată la liceu. Când studiezi informatica în clasele 10-11 la nivel de bază, este suficient să le spui elevilor despre principalele caracteristici ale unui computer cu numere reale: despre intervalul limitat și întreruperea programului atunci când acesta depășește acesta; despre eroarea calculelor mașinii cu numere reale, că computerul efectuează calcule cu numere reale mai încet decât cu numere întregi.

Studiul la nivel de profil necesită analiză detaliată modalități de reprezentare a numerelor reale în format virgulă mobilă, analiza caracteristicilor efectuării calculelor pe un computer cu numere reale. O problemă foarte importantă aici este estimarea erorii de calcul, avertismentul împotriva pierderii de valoare, împotriva întreruperii programului. Materiale detaliate despre aceste probleme sunt disponibile în manualul de instruire.

10. Sistemul numeric

Sistemul de numere - acesta este un mod de reprezentare a numerelor și regulile corespunzătoare pentru operarea pe numere. Diferitele sisteme numerice care existau înainte și sunt folosite astăzi pot fi împărțite în nepoziționalăȘi pozițional. Semne folosite la scrierea numerelor, sunt numite numere.

ÎN sisteme numerice non-poziționale valoarea unei cifre nu depinde de poziția sa în număr.

Un exemplu de sistem de numere non-pozițional este sistemul roman (numerele romane). În sistemul roman, literele latine sunt folosite ca numere:

Exemplul 1. Numărul CCXXXII este format din două sute, trei zeci și două unități și este egal cu două sute treizeci și două.

Numerele romane sunt scrise de la stânga la dreapta în ordine descrescătoare. În acest caz, valorile lor sunt adăugate. Dacă un număr mai mic este scris în stânga și un număr mare în dreapta, atunci valorile lor sunt scăzute.

VI = 5 + 1 = 6; IV \u003d 5 - 1 \u003d 4.

MCMXCVIII = 1000 + (-100 + 1000) +

+ (–10 + 100) + 5 + 1 + 1 + 1 = 1998.

ÎN sisteme de numere poziționale valoarea notată printr-o cifră într-o intrare numerică depinde de poziția acesteia. Numărul de cifre utilizat se numește baza sistemului numeric pozițional.

Sistemul numeric folosit în matematica modernă este sistem zecimal pozițional. Baza lui este zece, pentru că Orice numere sunt scrise folosind zece cifre:

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.

Natura pozițională a acestui sistem este ușor de înțeles prin exemplul oricărui număr format din mai multe cifre. De exemplu, în numărul 333, primele trei înseamnă trei sute, a doua - trei zeci, a treia - trei unități.

Pentru a scrie numere într-un sistem pozițional cu o bază n Trebuie avut alfabet din n cifre. De obicei pentru asta n < 10 используют n primele cifre arabe și n> 10 litere sunt adăugate la zece cifre arabe. Iată exemple de alfabete din mai multe sisteme:

Dacă este necesar să se indice baza sistemului căreia îi aparține numărul, atunci i se atribuie un indice acestui număr. De exemplu:

1011012, 36718, 3B8F16.

În sistemul numeric de bază q (q-sistem de numere arii) unitățile de cifre sunt puteri succesive ale unui număr q. q unitățile din orice categorie formează unitatea din următoarea categorie. Pentru a scrie un număr q este necesar un sistem de numere q diverse caractere (numere) reprezentând numerele 0, 1, ..., q– 1. Scrierea unui număr q V q-sistemul de numere are forma 10.

Forma extinsă de scriere a unui număr

Lăsa Aq- numărul în sistemul de bază q, ai - cifre ale unui sistem de numere dat prezente în notația unui număr A, n+ 1 - numărul de cifre ale părții întregi a numărului, m- numărul de cifre ale părții fracționale a numărului:

Forma extinsă a unui număr A se numește înregistrare sub forma:

De exemplu, pentru un număr zecimal:

Următoarele exemple arată forma extinsă a numerelor hexazecimale și binare:

În orice sistem numeric, baza sa este scrisă ca 10.

Dacă toți termenii în forma extinsă a unui număr non-zecimal sunt prezentați în sistemul zecimal și expresia rezultată este calculată conform regulilor aritmeticii zecimale, atunci se va obține un număr în sistemul zecimal egal cu cel dat. Conform acestui principiu, se face o conversie dintr-un sistem non-zecimal la unul zecimal. De exemplu, conversia în sistemul zecimal a numerelor scrise mai sus se face astfel:

Conversia numerelor zecimale în alte sisteme numerice

Traducere intreg

număr zecimal întreg X trebuie transferat la un sistem cu o bază q: X = (A n A n-1 …A 1 A 0) q . Găsiți cifrele semnificative ale unui număr: . Să reprezentăm numărul în formă extinsă și să efectuăm transformarea identică:

De aici este clar că A 0 este restul după împărțirea numărului X pe număr q. Expresia din paranteze este câtul întreg al acestei împărțiri. Să-l desemnăm ca X 1. Efectuând transformări similare, obținem:

Prin urmare, A 1 este restul diviziunii X 1 pe q. Continuând împărțirea cu un rest, vom obține o succesiune de cifre a numărului dorit. Număr unîn acest lanț de diviziuni va fi ultimul privat, mai mic q.

Să formulăm regula rezultată: pentru asta pentru a converti un număr zecimal întreg într-un sistem numeric cu o bază diferită, aveți nevoie:

1) exprimă baza noului sistem numeric în sistemul numeric zecimal și efectuează toate acțiunile ulterioare conform regulilor aritmeticii zecimale;

2) împărțiți succesiv numărul dat și coeficientii parțiali rezultați la baza noului sistem de numere până când obținem un coeficient incomplet mai mic decât divizorul;

3) resturile primite, care sunt cifre ale unui număr din noul sistem de numere, le aliniază cu alfabetul noului sistem de numere;

4) compuneți un număr în noul sistem de numere, notându-l, începând cu ultimul cât.

Exemplul 1. Convertiți numărul 37 10 în sistemul binar.

Pentru a desemna numere în notația unui număr, folosim simbolismul: A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0

Prin urmare: 37 10 = l00l0l 2

Exemplul 2. Convertiți numărul zecimal 315 în sisteme octale și hexazecimale:

De aici rezultă: 315 10 = 473 8 = 13B 16. Amintiți-vă că 11 10 = B 16 .

Zecimal X < 1 требуется перевести в систему с основанием q: X = (0, A –1 A –2 … A–m+1 A–m) q . Găsiți cifrele semnificative ale unui număr: A –1 ,A –2 , …, A-m. Reprezentăm numărul în formă extinsă și îl înmulțim cu q:

De aici este clar că A–1 X pe număr q. Notează prin X 1 parte fracționată a produsului și înmulțiți-o cu q:

Prin urmare, A –2 există o întreagă parte a lucrării X 1 pe număr q. Continuând înmulțirea, vom obține o succesiune de cifre. Acum să formulăm regula: pentru a converti o fracție zecimală într-un sistem numeric cu o bază diferită, aveți nevoie:

1) înmulțiți succesiv numărul dat și părțile fracționale rezultate ale produselor cu baza noului sistem până când partea fracțională a produsului devine egală cu zero sau se atinge precizia necesară de reprezentare a numărului în noul sistem numeric;

2) părțile întregi rezultate ale produselor, care sunt cifrele unui număr din noul sistem de numere, le aliniază cu alfabetul noului sistem de numere;

3) alcătuiți partea fracțională a numărului în noul sistem de numere, începând cu partea întreagă a primului produs.

Exemplul 3. Convertiți zecimalul 0,1875 în binar, octal și hexazecimal.

Aici, partea întreagă a numerelor este în coloana din stânga, iar partea fracțională este în coloana din dreapta.

Prin urmare: 0,1875 10 = 0,0011 2 = 0,14 8 = 0,3 16

Translația numerelor mixte care conțin părți întregi și fracționale se realizează în două etape. Părțile întregi și fracționale ale numărului original sunt traduse separat, conform algoritmilor corespunzători. În înregistrarea finală a unui număr din noul sistem de numere, partea întreagă este separată de virgulă fracțională (punct).

Instrucțiuni

Tema „Sisteme numerice” este direct legată de teoria matematică a numerelor. Cu toate acestea, în cursul școlar de matematică, de regulă, nu este studiat. Necesitatea studierii acestui subiect într-un curs de informatică este legată de faptul că numerele din memoria computerului sunt reprezentate în sistemul numeric binar, iar sistemele hexazecimale sau octale sunt folosite pentru a reprezenta extern conținutul memoriei, adresele de memorie. Acesta este unul dintre subiectele tradiționale ale unui curs de informatică sau programare. Fiind legat de matematică, Acest subiect contribuie şi la educaţia matematică fundamentală a şcolarilor.

Pentru un curs de informatică, interesul principal este familiarizarea cu sistemul de numere binar. Utilizarea sistemului de numere binare într-un calculator poate fi luată în considerare sub două aspecte: 1) numerotarea binară, 2) aritmetică binară, i.e. efectuarea de calcule aritmetice pe numere binare.

Numerotarea binară

Cu numerotarea binară, elevii se întâlnesc la tema „Reprezentarea textului în memoria computerului”. Când se vorbește despre tabelul de codificare, profesorul trebuie să informeze elevii că codul binar intern al unui caracter este numărul său de serie în sistemul de numere binar. De exemplu, numărul literei S din tabelul ASCII este 83. Codul binar de opt cifre al literei S este egal cu valoarea acestui număr în sistemul binar: 01010011.

Calcul binar

Conform principiului lui John von Neumann, computerul efectuează calcule în sistem binar. În cadrul cursului de bază, este suficient să ne limităm la calculele cu numere întregi binare. Pentru a efectua calcule cu numere cu mai multe cifre, trebuie să cunoașteți regulile pentru adunare și regulile pentru înmulțirea numerelor cu o singură cifră. Iată regulile:

Principiul permutabilității adunării și înmulțirii funcționează în toate sistemele de numere. Tehnicile de efectuare a calculelor cu numere cu mai multe cifre în sistemul binar sunt similare cu cele zecimale. Cu alte cuvinte, procedurile de adunare, scădere și înmulțire cu o „coloană” și împărțirea la „colț” în sistemul binar sunt efectuate în același mod ca și în sistemul zecimal.

Luați în considerare regulile de scădere și împărțire a numerelor binare. Operația de scădere este inversul adunării. Din tabelul de adunare de mai sus, urmează regulile de scădere:

0 - 0 = 0; 1 - 0 = 1; 10 - 1 = 1.

Iată un exemplu de scădere cu mai multe cifre:

Rezultatul obținut poate fi verificat prin adăugarea diferenței cu subtraend. Ar trebui să fie un număr în scădere.

Împărțirea este operația inversă a înmulțirii.
În orice sistem numeric, nu puteți împărți la 0. Rezultatul împărțirii la 1 este egal cu dividendul. Împărțirea unui număr binar la 102 mută virgulă zecimală cu un loc la stânga, la fel ca și împărțirea zecimală cu zece. De exemplu:

Împărțirea la 100 deplasează punctul zecimal cu 2 locuri la stânga și așa mai departe. În cursul de bază, nu puteți lua în considerare exemple complexe de împărțire a numerelor binare cu mai multe valori. Deși elevii capabili le pot face față, după ce au înțeles principiile generale.

Reprezentarea informațiilor stocate în memoria computerului în adevărata sa formă binară este foarte greoaie din cauza un numar mare cifre. Aceasta se referă la înregistrarea pe hârtie a unor astfel de informații sau la afișarea lor pe ecran. În aceste scopuri, se obișnuiește să se utilizeze sisteme mixte binar-octal sau binar-hexazecimal.

Există conexiune simplăîntre reprezentarea binară și hexazecimală a unui număr. La traducerea unui număr dintr-un sistem în altul, o cifră hexazecimală corespunde unui cod binar de patru biți. Această corespondență este reflectată în tabelul binar-hexazecimal:

Tabel binar hexazecimal

O astfel de relație se bazează pe faptul că 16 = 2 4 și numărul de combinații diferite de patru cifre ale cifrelor 0 și 1 este 16: de la 0000 la 1111. Prin urmare conversia numerelor din hexazecimal în binar și invers se face prin conversie formală prin tabel binar-hexazecimal.

Iată un exemplu de traducere a unui cod binar de 32 de biți într-un sistem hexazecimal:

1011 1100 0001 0110 1011 1111 0010 1010 BC16BF2A

Dacă se oferă o reprezentare hexazecimală a informațiilor interne, atunci este ușor să o traduceți în cod binar. Avantajul reprezentării hexazecimale este că este de 4 ori mai scurtă decât cea binară. Este de dorit ca elevii să memoreze tabelul binar-hexazecimal. Atunci într-adevăr pentru ei reprezentarea hexazecimală va deveni echivalentă cu cea binară.

În octal binar, fiecare cifră octală corespunde unei triade de cifre binare. Acest sistem vă permite să reduceți codul binar de 3 ori.

11. Stocarea informațiilor

O persoană stochează informații în propria memorie, precum și sub formă de înregistrări pe diverse medii externe (în relație cu o persoană): pe piatră, papirus, hârtie, suporturi magnetice și optice etc. Datorită unor astfel de înregistrări, informațiile sunt transmisă nu numai în spațiu (de la om la om), ci și în timp - din generație în generație.

Varietate de medii de stocare

Informațiile pot fi stocate sub diferite forme: sub formă de texte, sub formă de figuri, diagrame, desene; sub formă de fotografii, sub formă de înregistrări sonore, sub formă de înregistrări de film sau video. În fiecare caz, se folosesc purtătorii lor. Purtător - Acest suportul material utilizat pentru înregistrarea și stocarea informațiilor.

Principalele caracteristici ale purtătorilor de informații includ: volumul de informații sau densitatea stocării informațiilor, fiabilitatea (durabilitatea) stocării.

Suport de hârtie

Transportatorul cu cea mai mare utilizare este încă hârtie. Inventat în secolul al II-lea d.Hr. în China, hârtia a servit oamenilor timp de 19 secole.

Pentru a compara volumele de informații pe diferite medii, vom folosi o unitate universală - octet, presupunând că un caracter al textului „cântărește” 1 octet. O carte care conține 300 de pagini, cu o dimensiune a textului de aproximativ 2000 de caractere pe pagină, are un volum de informații de 600.000 de octeți sau 586 KB. Volumul de informații al bibliotecii gimnaziale, al cărui fond este de 5000 de volume, este aproximativ egal cu 2861 MB = 2,8 GB.

În ceea ce privește durabilitatea depozitării documentelor, cărților și altor produse din hârtie, aceasta depinde foarte mult de calitatea hârtiei, de coloranții folosiți la scrierea textului și de condițiile de depozitare. Interesant este că până la mijlocul secolului al XIX-lea (din acel moment, lemnul a început să fie folosit ca materie primă de hârtie), hârtia se fabrica din bumbac și deșeuri textile - cârpe. Cernelurile erau coloranți naturali. Calitatea documentelor scrise de mână din acea vreme era destul de ridicată și puteau fi păstrate timp de mii de ani. Odată cu trecerea la o bază din lemn, odată cu răspândirea instrumentelor de dactilografiere și copiere, cu utilizarea coloranților sintetici, termenul de valabilitate al documentelor tipărite a scăzut la 200–300 de ani.

Medii magnetice

Înregistrarea magnetică a fost inventată în secolul al XIX-lea. Inițial, înregistrarea magnetică a fost folosită doar pentru a păstra sunetul. Primul mediu de înregistrare magnetică a fost sârmă de oțel cu un diametru de până la 1 mm. La începutul secolului al XX-lea, în aceste scopuri era folosită și bandă de oțel laminată. Caracteristicile de calitate ale tuturor acestor transportatori au fost foarte scăzute. Producerea unei înregistrări magnetice de 14 ore a prezentărilor orale la Congresul Internațional de la Copenhaga din 1908 a necesitat 2.500 km, sau aproximativ 100 kg de sârmă.

În anii 1920, a apărut banda magnetica mai întâi pe hârtie, iar mai târziu pe bază sintetică (lavsan), pe suprafața căreia se aplică un strat subțire de pulbere feromagnetică. În a doua jumătate a secolului al XX-lea, au învățat cum să înregistreze o imagine pe bandă magnetică, au apărut camerele video și aparatele de înregistrare video.

Pe computerele din prima și a doua generație, banda magnetică a fost folosită ca singurul tip de suport amovibil pentru dispozitivele de memorie externe. Aproximativ 500 Kb de informații au fost plasate pe o bobină de bandă magnetică, care a fost folosită în unitățile de bandă ale primelor computere.

De la începutul anilor 1960, computerul discuri magnetice: un disc de aluminiu sau plastic acoperit cu un strat subțire de pulbere magnetică grosime de câțiva microni. Informațiile de pe un disc sunt aranjate de-a lungul unor piste concentrice circulare. Discurile magnetice sunt dure și flexibile, detașabile și încorporate într-o unitate de computer. Acestea din urmă sunt numite în mod tradițional hard disk-uri, iar dischetele amovibile sunt numite dischete.

Hard disk-ul unui computer este un pachet de discuri magnetice puse pe o axă comună. Capacitatea de informare a hard disk-urilor moderne este măsurată în gigaocteți - zeci și sute de GB. Cel mai obișnuit tip de dischetă cu un diametru de 3,5 inci conține 2 MB de date. Dischete înăuntru În ultima vreme ies din uz.

Cardurile de plastic au devenit larg răspândite în sistemul bancar. De asemenea, folosesc principiul magneticînregistrări ale informațiilor utilizate de bancomate, case de marcat asociate sistemului informațional bancar.

Medii optice

Utilizarea metodei optice, sau laser, de înregistrare a informațiilor începe în anii 1980. Apariția sa este asociată cu inventarea unui generator cuantic - un laser, o sursă a unui fascicul foarte subțire (grosimea de ordinul unui micron) de energie înaltă. Fasciculul este capabil să ardă un cod binar de date cu o densitate foarte mare pe suprafața unui material fuzibil. Citirea are loc ca urmare a reflexiei de la o astfel de suprafață „perforată” a unui fascicul laser cu mai puțină energie (razcul „rece”). Mulțumită densitate mare Discurile optice de înregistrare au un volum de informații mult mai mare decât mediile magnetice cu un singur disc. Capacitatea de informare a unui disc optic este de la 190 la 700 MB. Discurile optice se numesc CD-uri.

În a doua jumătate a anilor 1990, au apărut discurile video digitale versatile (DVD). D digital V ersatila D isk) cu o capacitate mare, măsurată în gigaocteți (până la 17 GB). Creșterea capacității lor în comparație cu CD-urile se datorează utilizării unui fascicul laser cu un diametru mai mic, precum și înregistrării pe două straturi și pe două fețe. Gândiți-vă la exemplul bibliotecii școlare. Întregul ei fond de carte poate fi plasat pe un DVD.

În prezent, discurile optice (CD - DVD) sunt cele mai fiabile materiale purtătoare de informații înregistrate digital. Aceste tipuri de suporturi sunt fie scrise o singură dată - potrivite doar pentru citire, fie reinscriptibile - potrivite pentru citire și scriere.

Memorie flash

Recent, au apărut o mulțime de dispozitive digitale mobile: camere digitale și camere video, playere MP3, PDA-uri, Celulare, cititoare de cărți electronice, navigatoare GPS și multe altele. Toate aceste dispozitive necesită medii de stocare portabile. Dar, deoarece toate dispozitivele mobile sunt destul de miniaturale, au și cerințe speciale pentru mediile de stocare. Acestea trebuie să fie compacte, să aibă un consum redus de energie în timpul funcționării și să fie nevolatile în timpul stocării, să aibă o capacitate mare, viteze mari de scriere și citire și o durată de viață lungă. Toate aceste cerințe sunt îndeplinite carduri flash memorie. Volumul de informații al unui card flash poate fi de câțiva gigaocteți.

Ca suport extern pentru computer utilizare largă a primit chei flash („unități flash” - sunt numite colocvial), a căror lansare a început în 2001. O cantitate mare de informații, compactitatea, viteza mare de citire-scriere, ușurința în utilizare sunt principalele avantaje ale acestor dispozitive. Cheia flash se conectează la portul USB al computerului și vă permite să descărcați date cu o viteză de aproximativ 10 Mb pe secundă.

„Nano-purtători”

În ultimii ani, s-a lucrat activ pentru a crea purtători de informații și mai compacti folosind așa-numitele „nanotehnologii”, lucrând la nivelul atomilor și moleculelor de materie. Drept urmare, un singur CD realizat folosind nanotehnologie poate înlocui mii de discuri laser. Potrivit experților, în aproximativ 20 de ani, densitatea stocării informațiilor va crește în așa măsură încât fiecare secundă a unei vieți umane poate fi înregistrată pe un mediu cu un volum de aproximativ un centimetru cub.

Organizarea depozitelor de informații

Informațiile sunt stocate pe medii pentru a putea fi vizualizate, căutați informațiile necesare, documentele necesare, completați și modificați, ștergeți datele care și-au pierdut relevanța. Cu alte cuvinte, informațiile stocate sunt necesare unei persoane pentru a lucra cu ele. Comoditatea de a lucra cu astfel de depozite de informații depinde în mare măsură de modul în care sunt organizate informațiile.

Sunt posibile două situații: fie datele nu sunt organizate în niciun fel (această situație se numește uneori o grămadă), fie datele structurat. Odată cu creșterea cantității de informații, opțiunea „heap” devine din ce în ce mai inacceptabilă din cauza complexității utilizării sale practice (căutare, actualizare etc.).

Cuvintele „datele sunt structurate” înseamnă prezența unei anumite ordini de date în stocarea lor: într-un dicționar, program, arhivă, bază de date computerizată. Cărțile de referință, dicționarele, enciclopediile folosesc de obicei principiul alfabetic liniar al organizării (structurării) datelor.

Bibliotecile sunt cel mai mare depozit de informații. Mențiunile despre primele biblioteci datează din secolul al VII-lea î.Hr. Odată cu inventarea tiparului în secolul al XV-lea, bibliotecile au început să se răspândească în întreaga lume. Biblioteconomia are secole de experiență în organizarea informațiilor.

Pentru organizarea și căutarea cărților în biblioteci se creează cataloage: liste ale fondului de carte. Primul catalog de bibliotecă a fost creat în celebra bibliotecă din Alexandria în secolul al III-lea î.Hr. Cu ajutorul catalogului, cititorul determină disponibilitatea cărții de care are nevoie în bibliotecă, iar bibliotecarul o găsește în depozitul de cărți. Când se utilizează tehnologia hârtiei, un catalog este un set organizat de cartonașe cu informații despre cărți.

Există cataloage alfabetice și sistematice. ÎN alfabetic cataloage, fișele sunt aranjate în ordinea alfabetică a numelor autorilor și a formei liniar(cu un singur nivel)structură de date. ÎN sistematic fișele de catalog sunt sistematizate în funcție de conținutul cărților și de formă structura ierarhică a datelor. De exemplu, toate cărțile sunt împărțite în artă, educaționale, științifice. Literatura educațională este împărțită în școală și universitate. Cărțile pentru școală sunt împărțite în clase etc.

În bibliotecile moderne, cataloagele de hârtie sunt înlocuite cu cele electronice. În acest caz, căutarea cărților se efectuează automat. Sistem informatic biblioteci.

Datele stocate pe medii de calculator (discuri) au o organizare a fișierelor. Un dosar este ca o carte într-o bibliotecă. La fel ca un director de bibliotecă, sistemul de operare creează un director pe disc, care este stocat pe piste dedicate. Utilizatorul caută fișierul dorit navigând în director, după care sistemul de operare găsește acest fișier pe disc și îl furnizează utilizatorului. Primul disc de capacitate mică a folosit o structură de stocare a fișierelor cu un singur nivel. Odată cu apariția hard disk-urilor de mare capacitate, a început să fie utilizată o structură ierarhică de organizare a fișierelor. Odată cu conceptul de „fișier”, a apărut și conceptul de folder (vezi „ Fișiere și Sistemul de fișiere ” 2).

Un sistem mai flexibil de organizare a stocării și regăsării datelor sunt bazele de date computerizate (vezi . “Bază de date” 2).

Fiabilitatea stocării informațiilor

Problema fiabilității stocării informațiilor este asociată cu două tipuri de amenințări la adresa informațiilor stocate: distrugerea (pierderea) informațiilor și furtul sau scurgerea de informații confidențiale. Arhivele și bibliotecile de hârtie au fost întotdeauna în pericol de dispariție fizică. Distrugerea Bibliotecii din Alexandria menționată mai sus în secolul I î.Hr. a adus mari pagube civilizației, deoarece majoritatea cărților din ea existau într-un singur exemplar.

Principala modalitate de a proteja informațiile din documentele pe hârtie împotriva pierderii este duplicarea acestora. Utilizarea suporturilor electronice face duplicarea mai ușoară și mai ieftină. Cu toate acestea, trecerea la noile tehnologii informaționale (digitale) a creat noi probleme de securitate a informațiilor. Vezi articolul „ Protejarea datelor” 2.

În procesul studierii cursului de informatică, studenții dobândesc anumite cunoștințe și abilități legate de stocarea informațiilor.

Elevii învață să lucreze cu surse tradiționale de informații (de hârtie). Standardul pentru școala primară notează că elevii trebuie să învețe să lucreze cu surse de informații non-informatice: cărți de referință, dicționare, cataloage de bibliotecă. Pentru a face acest lucru, ei ar trebui să fie familiarizați cu principiile de organizare a acestor surse și cu metodele de căutare optimă în ele. Deoarece aceste cunoștințe și abilități au o mare importanță educațională generală, este de dorit să le oferim elevilor cât mai devreme posibil. În unele programe ale cursului de informatică propedeutică se acordă multă atenție acestui subiect.

Elevii trebuie să stăpânească tehnicile de lucru cu medii de stocare amovibile pentru computer. Dischete din ce în ce mai puțin utilizate, care au fost înlocuite cu medii flash încăpătoare și rapide. Elevii ar trebui să fie capabili să determine capacitatea de informare a suportului media, cantitatea de spațiu liber și să compare volumul fișierelor salvate cu acesta. Elevii ar trebui să înțeleagă că discurile optice sunt cel mai potrivit mediu pentru stocarea pe termen lung a unor cantități mari de date. Dacă aveți un gravator de CD-uri, învățați-i cum să scrie fișiere.

Un punct important al antrenamentului este explicarea pericolelor la care informatii de calculator din programele rău intenționate - viruși de computer. Copiii ar trebui să fie învățați regulile de bază ale „igienei computerului”: să efectueze controlul antivirus al tuturor fișierelor nou sosite; actualizați în mod regulat bazele de date antivirus.

12. Limbi

Definirea și clasificarea limbilor

Limba - Acest un anumit sistem de reprezentare simbolică a informaţiei. În dicționarul școlar de informatică întocmit de A.P. Ershov, este dată următoarea definiție: „ Limba- un set de simboluri și un set de reguli care determină cum să compun mesaje semnificative din aceste simboluri". Întrucât un mesaj semnificativ este înțeles ca informație, atunci această definițieîn esență la fel ca primul.

Limbile sunt împărțite în două grupe: naturale și formale. limbi naturale- Acest limbi de vorbire națională formate istoric. Majoritatea limbilor moderne se caracterizează prin prezența formelor de vorbire orale și scrise. Analiza limbilor naturale este în mare parte subiectul științelor filologice, în special al lingvisticii. În informatică, analiza limbajelor naturale este efectuată de specialiști în domeniul inteligenței artificiale. Unul dintre scopurile dezvoltării proiectului de computer de generația a cincea este de a învăța computerul să înțeleagă limbajele naturale.

Limbile formale sunt limbi create artificial pentru uz profesional. Ele sunt de obicei de natură internațională și au o formă scrisă. Exemple de astfel de limbi sunt limbajul matematicii, limbajul formulelor chimice, notația muzicală - limbajul muzicii etc.

Următoarele concepte sunt asociate cu orice limbaj: alfabet - multe simboluri folosite; sintaxă- reguli de scriere a constructelor limbajului(text în limbă); semantică - latura semantică a construcţiilor limbajului; pragmatică - consecințele practice ale utilizării textului într-o limbă dată.

Pentru limbaje formale caracterizată prin apartenenţa la un limitat domeniul subiectului(matematică, chimie, muzică etc.). Scopul limbajului formal - o descriere adecvată a sistemului de concepte și relații inerente unui domeniu dat. Prin urmare, toate componentele menționate mai sus ale limbajului (alfabet, sintaxă etc.) sunt concentrate pe specificul domeniului de studiu. O limbă se poate dezvolta, se poate schimba și poate fi completată odată cu dezvoltarea domeniului său.

Limbile naturale nu sunt limitate în aplicarea lor, în acest sens pot fi numite universale. Cu toate acestea, nu este întotdeauna convenabil să folosiți doar limbajul natural în domenii foarte specializate. În astfel de cazuri, oamenii recurg la ajutorul limbilor formale.

Există exemple cunoscute de limbi care se află într-o stare intermediară între natural și formal. Limba esperanto a fost creat artificial pentru comunicarea între oameni de diferite naționalități. A latin, care în antichitate era vorbită de locuitorii Imperiului Roman, a devenit limba formală a medicinei și farmacologiei în timpul nostru, pierzându-și funcția de limbă vorbită.

Limbi informatice

Informațiile care circulă într-un computer sunt împărțite în două tipuri: informații prelucrate (date) și informații care controlează funcționarea computerului (comenzi, programe, operatori).

Informația prezentată într-o formă adecvată pentru stocarea, transmiterea și prelucrarea de către un computer se numește date. Exemple de date: numere la rezolvarea unei probleme de matematică; secvențe de caractere în procesarea textului; o imagine introdusă într-un computer prin scanare, pentru a fi procesată. Se numește modul în care sunt reprezentate datele într-un computer limbajul de prezentare a datelor.

Fiecare tip de date are o reprezentare diferită a datelor externe și interne. Reprezentarea externă orientat spre om, determină tipul de date pe dispozitivele de ieșire: pe ecran, pe tipărit. Reprezentarea internă- Acest reprezentare pe medii de stocare într-un computer, adică în memorie, în liniile de transmitere a informaţiei. Calculatorul operează direct pe informația din reprezentarea internă, iar reprezentarea externă este folosită pentru a comunica cu persoana.

În sensul cel mai general, putem spune că limbajul de reprezentare a datelor computerizate este limbajul codului binar. Totuși, din punctul de vedere al proprietăților de mai sus pe care ar trebui să le aibă orice limbaj: alfabet, sintaxă, semantică, pragmatică, nu se poate vorbi de un limbaj comun al codurilor binare. Singurul lucru pe care îl are în comun este alfabetul binar: 0 și 1. Dar pentru diferite tipuri de date, regulile de sintaxă și semantică ale limbajului de reprezentare internă diferă. Aceeași secvență de cifre binare pentru diferite tipuri de date are un înțeles complet diferit. De exemplu, codul binar „0100000100101011” în limba de reprezentare a întregului denotă numărul zecimal 16683, iar în limbajul de reprezentare a datelor de caractere denotă două caractere - „A+”. Prin urmare, diferite tipuri de date utilizează diferite limbaje de reprezentare internă. Toate au un alfabet binar, dar diferă în interpretarea secvențelor de caractere.

Limbile externe de reprezentare a datelor sunt, de obicei, apropiate de forma familiară oamenilor: numerele sunt reprezentate în sistemul zecimal, atunci când scrieți texte, sunt folosite alfabete în limbaj natural, simboluri matematice tradiționale etc.. În prezentarea structurilor de date, un convenabil se foloseşte forma tabelară (baze de date relaţionale). Dar chiar și în acest caz, există întotdeauna anumite reguli de sintaxă și semantică ale limbajului, se utilizează un set limitat de simboluri valide.

Limbajul intern pentru reprezentarea acțiunilor asupra datelor (limbajul pentru gestionarea funcționării computerului) este limbajul de comandă al procesorului computerului. Limbile externe pentru reprezentarea acțiunilor pe date includ limbaje de programare de nivel înalt, limbile de introducere a pachetelor de aplicații, limbaje de comandă ale sistemului de operare, limbaje de manipulare a datelor în DBMS etc.

Orice limbaj de programare de nivel înalt include atât mijloace de reprezentare a datelor - secțiunea de date, cât și mijloace de reprezentare a acțiunilor asupra datelor - secțiunea operator (vezi „ Limbaje de programare” 2). Același lucru este valabil și pentru celelalte tipuri de limbaje de computer enumerate mai sus.

Dintre limbajele formale ale științei, cel mai apropiat de informatică este limbajul matematicii.
La rândul lor, dintre numeroasele discipline matematice, teoria numerelor și logica matematică au cea mai mare aplicație în informatică.
În acest sens, putem spune că subiectele sistemelor de numere (limbajul pentru reprezentarea numerelor) și fundamentele logicii matematice (limbajul logicii) sunt legate de fundamentele fundamentale ale informaticii (vezi „ Sisteme numerice" Și " Expresii booleene” 2).

Instrucțiuni

În cursurile propedeutice și informatice de bază, o conversație despre limbi străine în relație cu o persoană are o mare importanță educațională. Termenul „limbă” familiar elevilor capătă un nou sens în mintea lor. În jurul acestui termen este construit un întreg sistem de concepte științifice. Conceptul de limbaj este unul dintre cele mai importante concepte fundamentale ale cursului de informatică.

Când studiază fiecare nou instrument TIC, studenții ar trebui să fie atrași de faptul că, pentru a lucra cu acesta, utilizatorul trebuie să stăpânească un anumit limbaj formalizat, că utilizarea acestuia necesită respectarea strictă a regulilor limbii: cunoașterea alfabetului, sintaxa , semantică și pragmatică. Această rigoare se datorează faptului că limbile formalizate, de regulă, nu au redundanță. Prin urmare, orice încălcare a regulilor (utilizarea unui caracter care nu este inclus în alfabet, utilizarea incorectă a caracterelor de separare, de exemplu, o virgulă în loc de un punct etc.) duce la o eroare.

Elevii ar trebui să acorde atenție caracterului comun al unor constructe de limbaj utilizate în diferite tehnologii. De exemplu, regulile de scriere a formulelor în foile de calcul și a expresiilor aritmetice în limbaje de programare sunt aproape aceleași. Există și diferențe cărora ar trebui să le acordați atenție. De exemplu, în limbajele de programare, conectivele logice (NU, ȘI, SAU) sunt semne ale operațiunilor, iar în foile de calcul, sunt nume de funcții.

Pentru a simplifica munca utilizatorului în software-ul modern, diferite tipuri de shell-uri sunt adesea folosite pentru a oferi o interfață de utilizator convenabilă. Ar trebui explicat elevilor că în spatele acestor cochilii, de regulă, se ascunde un anumit limbaj formalizat. De exemplu, în spatele shell-ului grafic al operațiunii sisteme Windows ascunde limbajul de comandă al sistemului de operare. Un alt exemplu: MS Access DBMS oferă utilizatorului posibilitatea de a utiliza proiectantul de tabel pentru a crea o bază de date, iar designerul de interogări pentru a construi interogări. Cu toate acestea, în spatele acestor instrumente de nivel înalt, SQL este „ascuns” - un limbaj universal pentru descrierea datelor și manipularea datelor. Trecând la modul adecvat, puteți arăta cum arată comenzile SQL generate ca urmare a lucrului cu constructorul.

Bibliografie pentru secțiunea „Informații teoretice”

1. Andreeva E.ÎN.,Bosova L.L.,Falina I.H. Fundamentele matematice ale informaticii. Curs opțional. M.: BINOM. Laboratorul de cunoștințe, 2005.

2. Beshenkov S.A.,Rakitina E.A. Informatică. Curs sistematic. Manual pentru clasa a X-a. Moscova: Laboratorul de cunoștințe de bază, 2001, 57 p.

3.Wiener N. Cibernetica sau controlul și comunicarea în animal și mașină. Moscova: Radio sovietică, 1968, 201 p.

4. Informatica. Caiet-atelier în 2 volume / Ed. IG. Semakina, E.K. Henner. T. 1. M.: BINOM. Laboratorul de cunoștințe, 2005.

5. Kuznetsov A.A., Beshenkov S.A., Rakitina E.A., Matveeva N.V., Milokhina L.V. Curs continuu de informatică (concept, sistem de module, program model). Informatică și Educație, Nr. 1, 2005.

6. Dicţionar enciclopedic matematic. Secțiunea: „Dicționar de informatică școlară”. M.: Enciclopedia Sovietică, 1988.

7.Friedland A.eu. Informatica: procese, sisteme, resurse. M.: BINOM. Laboratorul de cunoștințe, 2003.