|
|
Информатика - это наука об информации. Она изучает способы обработки информации - способы ее хранения, поиска и преобразования.
В настоящее время уровень развития информатики и уровень использования достижений в этой области определяют уровень развития общества. Сейчас зарождается новый тип цивилизации – постиндустриальная. Индустриальная цивилизация в 19-ом веке и в первой половине 20-го века покорила энергию. Были созданы единые энергетические системы целых стран. Постиндустриальная цивилизация покоряет информацию, знания. Создаются единые информационные сети. Например, сеть Internet. Любая информация в такой сети становится доступной каждому человеку. Любой человек, имеющий компьютер, может послать свою информацию в такую сеть, и она будет доступна в любой точке Земли.
Единые информационные сети - это прообраз коллективного разума человечества.
Основным устройством для обработки информации является компьютер. Компьютер – это электронная вычислительная машина (ЭВМ). Современные компьютеры были созданы на основе достижений человечества в области математики, электроники и программирования.
В настоящее время компьютеры используются во всех областях деятельности человека.
В этих и других областях деятельности человека применение компьютеров эффективно потому, что они позволяют быстро обрабатывать и анализировать большое количество информации.
Информатика включает в себя следующие разделы:
Вычислительная техника (hardware) изучает принципы работы и методы построения компьютеров и отдельных их элементов, а также аппаратные средства информатики – электронное и механическое оборудование компьютеров.
Программирование (
software) изучает методы создания программ и программных комплексов, которые управляют работой компьютера.Математическое моделирование (
brainware) изучает математические методы, на основе которых создаются программы для компьютера, и способы использования компьютеров в различных областях деятельности человека.Настоящий курс является введением в информатику.
Информация
– это основное понятие науки. Оно не определяется.Информация обозначает сведения, данные, знания о чем-либо.
Информация связана со свойствами объектов (явлений, процессов) быть в различных состояниях. Количество таких состояний называется информационной неопределенностью объекта (ИНО)
.ИНО описывает уровень незнания о состоянии объекта. Информация об объекте уменьшает ИНО. Если ИНО = 1, то состояние объекта определено полностью.
Пример 1. Дверь в комнате может быть:
–
открыта;–
закрыта.В этом примере ИНО = 2.
Пример 2. Книга с 200 страницами может быть:
–
открыта на стр. 1;–
открыта на стр. 2;.............................
–
открыта на стр. 200.В этом примере ИНО = 200.
Пример 3. Сигнал в цепи может быть, а может не быть. Здесь ИНО = 2.
Последний пример очень важен для понимания работы компьютера.
Единицей количества информации является бит
.Один бит информации составляет информация об объекте, которая снижает ИНО в два раза.
Производные единицы:
|
8 бит |
= |
1 байт |
|
1 024 байт |
= |
1 килобайт, Кбайт |
|
1 024 Кбайт |
= |
1 мегабайт, Мбайт |
|
1 024 Мбайт |
= |
1 гигабайт, Гбайт |
Пример 4.
В примере 1 сообщение:"Дверь в комнате закрыта"
снижает ИНО до 1. Поэтому это сообщение содержит 1 бит информации.
Информация объемом 1 бит может быть записана (закодирована) с помощью двух символов:
|
слов: |
НЕТ |
ДА |
|
букв: |
Н |
Д |
|
цифр: |
0 |
1 |
|
знаков: |
– |
+ |
и многими другими способами.
Вопрос, полный ответ на который содержит 1 бит информации, называется простым вопросом
.Количество информации об объекте в битах равно наименьшему количеству простых вопросов, ответы на которые полностью определяют состояние объекта.
Пример 5
. Имеется колода из 32 карт (без шестерок) и задумана некоторая карта. Объект"Задуманная карта из колоды"
имеет ИНО = 32. Сообщение о том, какая карта задумана, содержит 5 бит информации.
Задача 1. Убедитесь в правильности утверждения в примере 5, указав соответствующие простые вопросы.
Информация объемом N байт может быть записана (закодирована) с помощью N символов, выбранных для кодирования информации.
Компьютер – это электронная вычислительная машина. Информация представляется в нем как совокупность электрических сигналов.
Из примера 3 следует, что сообщение о наличии или отсутствии электрического сигнала содержит один бит информации и может быть обозначено цифрами 0 и 1. Поэтому представление любой информации цифрами 0 и 1 эквивалентно представлению ее электрическими сигналами. Такое представление информации называется кодированием.
Кодирование информации – это представление информации в виде совокупности некоторых стандартных сигналов.
Такими сигналами могут быть электрические сигналы, цифры, буквы некоторого алфавита и т.д. в зависимости от того, для чего используется кодирование. В компьютере информация кодируется электрическими сигналами или, что то же самое, двоичными числами.
Кодирование чисел. Заметим, что числа записываются с помощью цифр.
Десятичные числа записываются с помощью цифр 0,1,...,9. Так запись 7325 обозначает:
7325=7*1000+3*100+2*10+5
Число 10 при этом называют основанием системы счисления.
Таким же способом с помощью цифр 0 и 1 записываются двоичные числа. При этом запись 1001101 обозначает двоичное число, равное
10011012=1*64+0*32+0*16+1*8+1*4+0*2+1=7710
Здесь основание системы счисления равно 2.
Двоичное число 1001101 в левой части этого равенства можно рассматривать как код десятичного числа 77, которое стоит в правой части равенства.
По описанному выше правилу осуществляется кодирование чисел
:|
число |
код |
число |
код |
число |
код |
число |
код |
|
0 |
0000 |
2 |
0010 |
4 |
0100 |
6 |
0101 |
|
1 |
0001 |
3 |
0011 |
5 |
0101 |
7 |
0111 |
Это – запись десятичных чисел в двоичной системе счисления. Таким образом, кодирование чисел сводится к представлению их в двоичной системе счисления.
Кодирование букв, цифр и других символов осуществляется их нумерацией с последующим кодированием номеров. Например:
|
символ |
номер |
код |
|
пробел |
32 |
00100000 |
|
0 |
48 |
00110000 |
|
А |
65 |
01000001 |
Согласно международным стандартам, так одновременно кодируется 256 символов.
Кодирование слов осуществляется путем кодирования букв, из которых они состоят. Например:
|
слово |
номера букв |
коды букв |
|
ABBA |
65 66 66 65 |
01000001 01000010 01000001 01000010 |
Наиболее простой из них осуществляется так же, как и построение изображений в телевизоре: на рисунок накладывается густая сетка (растровая сетка) и с каждым узлом такой сетки связываются числа – номер цвета и уровень яркости. Такой способ связывает с каждым рисунком большой объем информации.
Такое представление графической информации назівается растровой графикой.
Задача 2.
Оценить объем информации, необходимый для кодирования описанным выше способом одного телевизионного изображения.Растровую графику нецелесообразно использовать, если надо закодировать простое изображение. Например, для того чтобы закодировать изображение отрезка на листе бумаги, достаточно указать 7 чисел:
–
координаты начала отрезка – 2 числа;–
координаты конца отрезка – 2 числа;–
толщину линии – 1 число;–
цвет линии – 1 число;–
цвет фона, на котором изображена линия – 1 число.Такое представление графической информации назівается вектроной графикой
.Таким образом, одна и та же графическая информация может кодироваться различными способами.
Существуют международные стандарты кодирования информации. Для символьной информации распространенным является стандарт
ASCII (American Standard Code for Information Interchanging).