Информация в материальном мире

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Информация в материальном мире играет важную роль в становлении общества. В данной работе мы постараемся рассмотреть как развивалась информация в материальном и живом мире, их взаимосвязь. Также познакомимся с свойствами информации, ее структурой, способами ее транспортировки, возможными операциями с данными, кодирование информации. Как информация влияет на человека в материальном мире. Узнаем о существовании науки — информатики, которая помогает разобраться в процессах сбора, хранения, обработки, передачи, анализа и оценки информации при помощи компьютерных технологий, дает ресурсы человеку использовать полученные данные для принятия правильных решений.

1. Информация и данные в материальном мире

1.1. Информация в материальном мире

1.1.1. Революции в информации

Информация в истории развития цивилизации всегда играла важнейшую роль и служила основным фактором для принятия решений на всех уровнях и этапах развития общества и государства. В истории общественного развития можно выделить пять информационных революций, связанных с кардинальными изменениями в сфере производства, обработки и обращения информации, которые привели к радикальным преобразованиям в общественных отношениях. В результате этих преобразований общество приобретало в определенном смысле новые качества.

Первой информационной революцией можно считать появление языка и членораздельной человеческой речи. Огромное влияние на сознание людей оказало развитие языка. Для создания первых технологий, знаний, навыков рациональной организации этой деятельности, как информационной основы стало использование языка в практической деятельности.

Использование языка дало возможность развитию у людей интеллектуальных способностей, человек накопив информацию, мог передавать знания следующим поколениям в виде мифов, былин, легенд и так далее.

Во все времена сказители пользовались в обществе всеобщим уважением, как хранители и распространители древнейших знаний.

В первобытном обществе использовались и распространялись только «живые знания», носителями которых являлись живые люди — старейшины, жрецы, шаманы. Распространение и накопление знаний в обществе происходили крайне медленно и при этом процент утери информации был настолько велик из-за смерти их носителей многие знания имели свойство утрачиваться и должны были формироваться заново. На что уходили многие столетия, а большое количество информации была безвозвратно потеряна.

Большинство современных исследователей считает, что свое начло вторая информационная революция берет с момента появления письменности, для дальнейшей передачи информации. В связи с появление письменности,

люди научились передавать свои знания и фиксировать их на материальных носителях в виде наскальных рисунков, записей на бересте, глиняных табличках, условных знаков, чертежей, многие из которых сохранились до настоящего времени. С помощь выше указанных носителей появилась возможность сохранить прежде накопленную человеческим обществом информацию, а так же повысить достоверность передаваемых знаний, чтобы в дальнейшем информация дошла до потомков и они могли ее распространить.

Таким образом люди совершили огромный шаг в развитии цивилизации. Письменностью человечество пользуется до нынешнего времени для передачи, распространения полученных знаний и информации, стало возможным развитие науки и культуры в современном понимании этих терминов.

Кардинальным образом изменилась и информационная среда общества, стали возможными новые виды информационных коммуникаций между людьми посредством обмена письменными сообщениями. Благодаря зарождению поэзии и литературы, появились элементы необычного, нового и своеобразного явления, которое мы сегодня называем информационной культурой.

Новый смысл приобрело и понятие «образование». Теперь образованным считался только тот человек, который достаточно хорошо владел навыками чтения и письма, причем не только на своем родном языке, но и на иностранных языках. Таким образом, появление письменности послужило значительным толчком для накопления и распространения знаний в области организации многих производственных и социальных процессов.

Применение данного опыта, в виде рукописных документов, чертежей и рисунков представляла собой процесс зарождения «технологии» — это новое понятие в области развития цивилизации, которое в дальнейшем сыграет решающую роль в ее процессе развития.

К третьей информационной революции исследователи относят эпоху возрождения когда было изобретено книгопечатание, которое признано одной из первых эффективных информационных технологий. Применение этого изобретения в социальной практике способствовало первому информационному взрыву. Произошел лавинообразный рост количества используемых на тот момент в обществе информационных документов, а самое главное — началось широкое распространение информации, научных знаний и информационной культуры.

Сначала появились библиотеки печатных книг частного характера, а затем и получили распространение публичные библиотеки. Печатная книга стала основным хранителем и источником для распространения информации. Относительная простота в процессе книгопечатания, позволяла повысить тираж печатных книг, а их доступность по стоимости по сравнению с рукописными изданиями — привело к тому, что в обществе существенно расширились возможности для получения знаний, образования и самообразования.

Без изобретения книгопечатания Христофор Колумб не смог бы получить нужных знаний для того, чтобы совершить свое знаменитое путешествие к берегам Америки. Ведь сын бедного ткача не мог себе позволить дорогостоящие рукописи Плиния и Марко Поло. И только появление печатных изданий позволило ему получить необходимые знания для осуществления идеи о кругосветном путешествии. Быстро возрастающей спрос на печатные издания повлек за собой усовершенствование технологий для подготовки и издания различного рода печатной продукции, таким образом типографии стали одним из распространенных видов промышленных предприятий.

Своего максимума третья информационная революция достигла, при помощи появления печатных средств массовой информации: газет, журналов, рекламных объявлений, информационных справочников и тому подобного. Общий годовой объем информации в такого рода изданиях стремительно быстро возрастает. При этом, следуя общим закономерностям увеличения объемов информации в мире, объемы печатной продукции не уступают в росте, несмотря на появление и все более широкое использование в последние годы различных электронных носителей информации.

Четвертая информационная революция берет свое начало в XIX веке, когда были изобретены и стали все более широко распространяться всё новые средства информационной коммуникации: радио, телефон и телевидение.

Практически в каждой семье в развитых странах имеются средства информационной коммуникации, которые оказывают огромное влияние на формирование сознания человека социальной сфере жизни.

Люди перестали испытывать чувства одиночества и изолированности от окружающего их общества, благодаря этим средствам, так как они сегодня подключены к общему информационному пространству своей страны, а также и большей части всей нашей планеты. Свою причастность к происходящим в мире событиям, люди могу почувствовать благодаря информационному обмену, где они могут быть в курсе политической, экономической и культурной жизни планеты.

Человечество не представляет своего существования без мирового информационного пространства, что является важным фактором формирования сознания человека, который теперь ощущает себя не только гражданином своей страны, но и, в своем роде, гражданином всего мира. Новые качества были принесены в информационную сферу общества четвертой информационной революцией. Они заключаются не только в том, что по новым коммуникационным сетям стали передаваться огромные объемы информации, но также и в том, что информационные коммуникации стали высокоскоростные, что позволило повысить оперативность передачи данных.

Любое событие, которое произошло сегодня на нашей планете, в течение нескольких часов может стать известным огромному количеству ее жителей, где бы в этот момент, они ни находились. Именно поэтому мы все больше начинаем ощущать себя жителями единого общечеловеческого «дома» — планеты Земля. Информационные революции меняют общественное сознание всего человечества, делают его все более глобальным и социально значимым.

Пятая информационная революция берет свое начало в 50-е годы XX века, в тот момент, когда в социальной практике стали использоваться средства цифровой вычислительной техники. Применение средств для обработки научной, экономической и социальной информации кардинальным образом изменилось. Возможности человека по активизации и эффективному использованию информационных ресурсов выросли в разы. Развитие этот процесс получил в последние сорок лет, когда были сконструированы и стали выпускаться промышленностью персональные ЭВМ. Их появление произвело настоящий переворот в информационной сфере общества, где во многом изменило психологию и практику научной, педагогической и производственной деятельности людей.

Появление на тот момент ЭВМ вызвало бурный рост новых информационных технологий, специально ориентированных на использование новых возможностей современной вычислительной техники и, в первую очередь, — возможностей персональных ЭВМ. Так например на тот момент, японская фирма TOSHIBA объявила о своей новой программе совершенствования персональных компьютеров типа NOTEBOOK. В результате реализации этой программы фирма планировала создать семейство портативных персональных ЭВМ с исключительно высокими параметрами. Предполагалось, что объем долговременной памяти нового компьютера на 10 оптических дисках диаметром 17 мм составит около 20 Гбайт, что равноценно объему информации, который содержится в 40—50 тысячах книг по 300 страниц каждая. При этом габариты самого компьютера не превысят размеров книги, а его стоимость будет доступна.

Появление и массовое распространение ПЭВМ с такими характеристиками существенным образом расширило сферу социального применения вычислительной техники, которая стала персональной, доступной по ценовым категориям. Однако самое важное и значительное новое качество, которое принесла человечеству пятая информационная революция, заключается в том, что впервые за всю свою историю развития цивилизации человек получил высокоэффективное средство для развития своих интеллектуальных способностей, это должно поднять цивилизацию на качественно новую ступень развития.

Возможности эти сегодня еще далеко не исчерпаны, и вполне вероятно, что в ближайшем будущем мы станем свидетелями появления новых высокоэффективных средств вычислительной техники, которые помогут повысить возможности человека по хранению, поиску, обработке и передаче информации.

1.1.2. Понятие информации

С понятием информации мы сталкиваемся в нашей жизни ежедневно, и общепризнанного ее определения до сих пор не существует, поэтому обычно используют понятие об информации. Понятия, в отличие от определений, вводятся на примерах, причем каждая научная дисциплина делает это по-разному, выделяя в качестве основных компонентов, что наилучшим образом соответствуют ее предмету и задачам.

Как правило понятие об информации, введенное в рамках одной научной дисциплины, может опровергаться конкретными примерами и фактами, полученными в рамках другой науки. Например, представление об информации как о совокупности данных, повышающих уровень знаний об объективной реальности окружающего мира, характерное для естественных наук, может быть опровергнуто в рамках социальных наук. Нередки также случаи, когда исходные компоненты, составляющие понятие информации, подменяют свойствами информационных объектов, например, когда понятие информации вводят как совокупность данных, которые “могут быть усвоены и преобразованы в знания”.

Для информатики как технической науки понятие информации не может основываться на таких одиночных понятиях, как знание, и не может опираться только на объективность фактов и свидетельств. Все средства вычислительной техники обладают способностью обрабатывать большое количество информации автоматически, при этом участия человека не требуется, и ни о каком знании или незнании здесь речь идти не может. Вычислительная техника может работать с искусственной, абстрактной и даже с ложной информацией, не имеющей объективного подтверждения ни в природе, ни в обществе.

В Федеральном законе «Об информации, информатизации и защите информации» определяет информацию как «сведения о лицах, предметах, фактах, событиях, явлениях и процессах независимо от формы их представления» (ст. 2). Учитывая социальный аспект рассматриваемого предмета, добавим: в виде, понятном для восприятия человеком. Такое определение дает возможность «вывести» из понятия «информация» программы для электронных вычислительных машин (ЭВМ), отнесенные названным Законом к средствам обеспечения ЭВМ.

Информация это сведения об окружающем мире (объектах, явлениях, событиях, процессах и так далее), которые увеличивают степень осведомленности и уменьшают имеющуюся неопределенность, неполноту знаний, отчужденные от их создателя и ставшие сообщениями (выраженными на определенном языке в виде знаков, в том числе и записанными на материальном носителе), которые можно воспроизводить путем передачи людьми устным, письменным или другим способом (с помощью условных сигналов, технических средств, вычислительных средств и так далее).

В работе Норберта Винера "Кибернетика" приведен пример определения информации, основанное на далее продемонстрированном факте взаимодействия данных и методов в момент ее образования.

Информация — это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов.

Поскольку в такой форме определение информации дается впервые, читатель приглашается для его всесторонней проверки в рамках других известных ему научных дисциплин, а мы рассмотрим пример, использованный Норбертом Винером для того, чтобы показать на практике, как информация отдельных членов популяции становится информацией всего общества.

Допустим, я нахожусь в лесах вдвоем со смышленым дикарем, который не может говорить на моем языке и на языке которого я тоже не могу говорить. Даже без какого-либо условного языка знаков, известного нам обоим, я могу многое узнать от него. Мне нужно лишь быть особо внимательным в те моменты, когда он обнаруживает признаки волнения или интереса. Тогда я должен посмотреть вокруг, особенно в направлении его взгляда, и запомнить все, что я увижу и услышу. Не пройдет много времени, как я открою, какие предметы, представляются важными для него, — не потому, что он сообщил мне о них словами, но потому, что я сам их заметил. Иначе говоря, сигнал, лишенный внутреннего содержания, может приобрести для моего спутника смысл по тому, что наблюдает он в данный момент, и может приобрести для меня смысл по тому, что наблюдаю я в данный момент. Способность дикаря замечать моменты моего особенно активного внимания сама по себе образует язык, возможности которого столь же разнообразны, как и диапазон впечатлений, доступных нам обоим.

Н. Винер. Кибернетика

Проводя анализ этого примера, мы наблюдаем, что здесь речь идет о данных и методах. Автор прямо указывает на целую группу методов, связанных с наблюдением и анализом, а также приводит вариант конкретного алгоритма, подходящего под рамки его возможного эксперимента (посмотреть, запомнить, открыть...). Норберт Винер неоднократно подчеркивает требование адекватности метода (дикарь должен быть смышленым, а наблюдатель должен быть особо внимательным), при отсутствии которого информация может не образоваться.

1.1.3. Диалектическое единство данных и методов

в информационном процессе

Рассмотрим данное выше определение информации и обратим внимание на следующие обстоятельства.

1. Динамический характер информации. Информация не является статичным объектом — она динамически меняется и существует только в момент взаимодействия данных и методов. Все прочее время она пребывает в состоянии данных. Таким образом, информация существует только в момент протекания информационного процесса. Все остальное время она содержится в виде данных.

2. Требование адекватности методов. Одни и те же данные могут в момент потребления поставлять разную информацию в зависимости от степени адекватности взаимодействующих с ними методов. Например, для человека, не владеющего китайским языком, письмо, полученное из Пекина, дает только ту информацию, которую можно получить методом наблюдения (количество страниц, цвет и сорт бумаги, наличие незнакомых символов и т. п.). Все это информация, но это не вся информация, заключенная в письме. Использование более адекватных методов даст иную информацию.

3. Диалектический характер взаимодействия данных и методов. Обратим внимание на то, что данные являются объективными, поскольку это результат регистрации объективно существовавших сигналов, вызванных изменениями в материальных телах или полях. В то же время, методы являются субъективными. В основе искусственных методов лежат алгоритмы (упорядоченные последовательности команд), составленные и подготовленные людьми (субъектами). В основе естественных методов лежат биологические свойства субъектов информационного процесса. Таким образом, информация возникает и существует в момент диалектического взаимодействия объективных данных и субъективных методов.

Такой дуализм известен своими проявлениями во многих науках. Так, например, в основе важнейшего вопроса философии о первичности материалистического и идеалистического подходов к теории познания лежит не что иное, как двойственный характер информационного процесса. В обоснованиях обоих подходов нетрудно обнаружить упор либо на объективность данных, либо на субъективность методов. Подход к информации как к объекту особой природы, возникающему в результате диалектического взаимодействия объективных данных с субъективными методами, позволяет во многих случаях снять противоречия, возникающие в философских обоснованиях ряда научных теорий и гипотез.

1.1.4. Свойства информации

Основные свойства (показатель качества) информации :

1. Ценность определяется важностью задач, которые может решить информационный субъект (человек) с её помощью. Ценность информации зависит от того, насколько она важна для решения каких-либо задач, а также от того, насколько она найдёт применение в дальнейшем.

2. Объективность и субъективность информации. Понятие объективности информации является относительным. Это понятно, если учесть, что методы являются субъективными. Более объективной принято считать ту информацию, в которую методы вносят меньший субъективный элемент. Так, например, принято считать, что в результате наблюдения фотоснимка природного объекта или явления образуется более объективная информация, чем в результате наблюдения рисунка того же объекта, выполненного человеком. Степень объективности в информационном процессе всегда понижается, согласно утверждению Норберта Винера из-за внимательности наблюдающего за ситуацией . Это свойство учитывают, например, в правоохранительных органах, обрабатываются показания лиц при опросе свидетелей по-разному, непосредственно наблюдавших события или получивших информацию косвенным путем (посредством выводов сделанных на основании догадок или со слов третьих лиц). В не меньшей степени объективность информации учитывают в исторических фактах. Одни и те же события, зафиксированные в исторических документах разных стран и народов, совершенно по-разному трактуются. У историков имеются свои методы для тестирования объективности исторических данных и создания новых, более достоверных данных путем сравнения, выявления совпадений в исходных данных. Здесь речь идет не о повышении объективности данных, а о повышении их достоверности (это совсем другое свойство).

3. Полезность информации определяется степенью необходимости её использования для решения задач, стоящих перед данным информационным субъектом. Полезность информации зависит от таких её свойств, как полнота, актуальность и достоверность.

4. Достоверность информации определяется степенью отражения в информации свойств информационного объекта. Информация достоверна, если она показывает истинное положение дел, в данный момент времени. Недостоверная информация может привести к неверному пониманию и принятию ошибочных решений. Достоверная информация имеет свойство, быть истинной в определенный временной отрезок, со временем может стать неточной, так как она обладает свойством устаревать, то есть через некоторое время перестаёт отражать истинное положение дел.

5. Полнота информации определяется тем, насколько развернуто отражены в информации свойства информационного объекта которые нужны для решения поставленной перед субъектом задачи.

Информация полна, если её хватает для понимания ситуации и принятия решений. Как неполная, так и информация большого объема сдерживает принятие решений, повышает время на обработку данных, и может повлечь ошибки или неточности.

6. Точность информации определяется степенью ее близости к реальному состоянию объекта, процесса, явления.

7. Адекватность информации — это степень соответствия реальному, объективному состоянию дела. Неадекватная информация за частую может образовываться при создании новой информации на основе неполных или недостоверных данных. Хотя и полные, и достоверные данные могут приводить к созданию неадекватной информации в случае использования неадекватных методов.

8. Актуальность информации определяется её способностью отвечать требованиям, выполняемым в текущий момент времени. Только своевременно полученная информация может принести ожидаемый эффект. Актуальность искажается от преждевременно полученной информации (скорее всего она будет не усвоена), так и от её задержки.

9. Понятность информации определяется возможностью воспринимать содержание полученных данных и составить правильное представление об информационном объекте. Это семантический аспект информации (характеристика информации с точки зрения ее смысла, содержания). Информация становится понятной, если она выражена языком, на котором говорит данный информационный субъект , кому предназначена эта информация. Если ценная и своевременная информация выражена недоступным для понимания образом, она становится бесполезной для информационного субъекта.

10. Возможность получения информации субъектом определяет её доступностью.

11. Доступность информации характеризуется возможностью получения доступа к источнику информации. Информация должна предоставляться в доступной форме (в зависимости от уровня её восприятия информационным объектом). Поэтому одни и те же вопросы по разному излагаются для изучения школьной программы в учебной литературе, а в научных изданиях для подробного изучения информации при более высоком уровне понимания. Информацию по одному и тому же вопросу можно изложить кратко (сжато, без несущественных деталей) или обширно (подробно, многословно).

1.2. Данные в материальном мире

1.2.1. Сигналы и данные

Мы живем в материальном мире. Все, что нас окружает и с чем мы сталкиваемся ежедневно, относится либо к физическим телам, либо к физическим полям. Из курса физики мы помним, что состояния абсолютного покоя не существует и физические объекты находятся в состоянии постоянного, непрерывного движении и изменения, которое сопровождается обменом энергией и ее переходом из одной формы в другую.

Все виды энергообмена сопровождаются появлением сигналов, то есть, все сигналы имеют в своей основе материальную энергетическую природу. При взаимодействии сигналов с физическими телами в последних возникают определенные изменения свойств — это явление называется регистрацией сигналов. Присущие изменения можно наблюдать, измерять или фиксировать иными способами — при этом возникают и регистрируются новые сигналы, то есть, образуются данные. Данные — это зарегистрированные сигналы.

Любые изменения, происходящие во внутренней структуре вещества или в энергетических полях, сопровождаются образованием сигналов. Сигналы обладают свойствами распространяться во времени и пространстве, также они затухают в результате взаимодействия с каким-либо веществом.

Сигналы окружают нас повсюду. Солнечный свет — это сигнал, который образовался при течении термоядерных реакций в веществе Солнца. Радиосигналы — это результат электромагнитных процессов, происходящих в материале излучающей антенны передатчика. Сигналы, регистрируемые сейсмографом, — это результаты геофизических процессов, происходящих в веществе земной коры и в более глубоких слоях нашей планеты.

Как и все объекты материальной природы, сигналы не возникают из ничего и не исчезают бесследно, их распространение в пространстве всегда завершается взаимодействием с веществом физических тел. В информатике такое взаимодействие называют регистрацией сигналов.

Сигналы разной физической природы взаимодействуют с веществом по-разному. Например, свет оказывает давление на вещество, а также может выбивать электроны из вещества. Световые сигналы могут вызывать химические изменения в составе вещества — у растений на этом явление основан фотосинтез, а в технике — фотографические процессы. Изменения магнитного поля регистрируют на ферромагнитном покрытии, что использовано для магнитофонной звукозаписи и видеозаписи на магнитной пленке. При механическом взаимодействии двух тел, также регистрируются сигналы, такая регистрация может происходить как деформация тел, как длительные упругие колебания и даже в виде образования поверхностного электрического заряда.

1.2.2. Информация в живой природе

Как же сложна и разнообразна живая природа. Источниками информации и ее приёмниками являются живые организмы и их клетки. Организмы обладают рядом свойств, отличающих их от неживых материальных объектов. Основные свойства:

• обмен веществом, энергией и информацией непрерывен в окружающей среде;

• раздражимость в своем виде, как способность организма воспринимать и перерабатывать информацию об изменениях окружающей среды и внутренней среды организма;

• возбудимость ни что иное, как способность реагировать на действие внешних и внутренних раздражителей;

• самоорганизация, считается проявляемой реакцией изменения организма для адаптации к изменяющимся условиям внешней среды.

Организм, рассматриваемый как система, имеет вид иерархической структуры. Эта структура по отношению к организму имеет разделение на внутренние уровни: молекулярный, клеточный, уровень органов, организм полностью. Организм взаимодействует также и с живыми системами, уровни которых являются популяция, экосистема и вся живая природа в целом (биосфера).

Информация в природе циркулирует между всеми этими уровнями также как и потоки вещества и энергии.

Информационный обмен в живой природе происходит так же, как и в неживой. В процессе эволюции природа создала огромное разнообразие источников, носителей и приемников информации.

Организмы проявляют реакцию на воздействие внешнего мира, поскольку она обусловлена раздражимостью. В природе эффективна полная и своевременная информация об окружающей среде, в следствии чего высшие организмы адаптируются к внешним изменениям. Приёмниками информации из окружающей среды, у сложных организмов являются органы чувств: зрение, слух, обоняние, вкус, осязание и вестибулярный аппарат, рецепторы температуры, рецепторы тактильных ощущений, рецепторы чувства боли. Организм устроен таким образом, что нервная система обеспечивает его огромным количеством внутренних рецепторов. Нервная система представляет собой сеть из нейронов, отростки которых аксоны и дендриты представляют собой аналог каналов передачи информации. Головной и спинной мозг являются главными органами, обеспечивающими хранение и обработку информации у позвоночных. Информация которая воспринимается организмом в соответствии с особенностями строения органов чувств, можно подразделить как визуальную, слуховую, вкусовую, обонятельную и тактильную, температурную, информацию вестибулярного аппарата.

При накоплении информации, мозг создает своеобразную информационную модель окружающего мира.

Доступность информации для организма является одной из важных характеристик в живой природе. Примерно 1 бит за 1/16 с. - это то количество информации, которое нервная система человека подает в мозг при чтении текстов.

Биология занимающаяся исследованиями живых организмов, применяла только качественные, то есть описательные модели, до момента появления вычислительных машин. В качественной модели учесть информационные связи между компонентами структуры практически невозможно.

Метод машинного моделирования, предполагающий математическое описание известных явлений и процессов, происходящих в организме, добавление к ним гипотез о некоторых неизвестных процессах и расчет возможных вариантов поведения организма стал возможен при введении электронно-вычислительной техники в биологических исследованиях. Полученные варианты при исследовании проходят сравнение с реальным поведением организма, что позволяет определить истинность или ложность выдвинутых гипотез. В таких моделях можно учесть и информационное взаимодействие.

1.2.3. Человек в материальном мире и информационный обмен

Человек, с одной стороны, это обычный материальный объект, и потому ему свойственно постоянное энергетическое взаимодействие с объектами материального мира, в то же время он является организмом живой природы и также имеет непрерывный внутренний обмен веществ. Эти два процесса взаимодействуют между собой, это можно рассмотреть как информационный обмен между живой и неживой природой.

Рассмотрим пример, если через органы чувств человек воспринимает окружающую среду как угрожающую, это приводит к изменению обмена веществ. В кровь выделяются гормоны, которые повышают частоту дыхания, учащают сердцебиение и приводят органы опорно-двигательного аппарата в состояние готовности к отражению опасности. В успокаивающей среде происходят схожие процессы по механизму. Все это происходит в результате информационного обмена, воздействия внешней среды. Информационный обмен не обязательно воздействует из внешней среды, человеку всего лишь достаточно представить опасность, чтобы в организме начались физиологические реакции, которые связанны с изменением процесса обмена веществ, при этом проявляется реакция из ранее сохраненного предыдущего взаимодействия. Таким образом основаны механизмы: вспоминания, воображения, логического мышления и другие.

Проявляются данные механизмы в процессе творчества, то есть, в основе логического мышления и творчества также лежит информационный обмен. Информационный обмен может не иметь материальную природу, но он с ней неразрывно связан. Он является основным связующим звеном между энергетическим обменом, который свойствен материальным объектам, и обменом веществ, который заложен в основе живых организмов.

Информационный обмен развивается в виде информационных процессов. Если рассмотреть подробнее информационный процесс, то при отдельных его этапах можно и не заметить объектов живой природы, но при этом объект живой природы будет присутствовать обязательно. Также свойство отдельных этапов информационного процесса обходиться без объектов живой природы, которые широко используется в информационных технологиях, оно лежит в основе функционирования автоматических систем обработки информации.

1.2.4. Данные и методы

Рассмотрим далее, что данные несут в себе информацию о событиях, произошедших в материальном мире, так как они являются регистрацией сигналов, которые возникли в результате этих событий. Тем не менее данные не тождественны информации. Человек наблюдая за излучением далеких звезд, он получает определенный поток данных, но возможно что не все эти данные станут информацией, это зависит от различных обстоятельств.

Рассмотрим ряд примеров.

1. Судья, на состязаниях по плаванию, с помощью механического секундомера регистрирует начальное и конечное положение стрелки прибора. В итоге он замеряет величину ее перемещения за время заплыва — это регистрация данных. Но информацию о времени преодоления дистанции он еще не получил. Для этого надо, чтобы данные о перемещении стрелки дали информацию о времени заплыва, необходимо знание метода пересчета одной физической величины в другую. Для этого необходимо знать цену деления шкалы секундомера (или знать метод ее определения) и надо также понимать, как умножается цена деления прибора на величину перемещения, то есть надо еще обладать математическим методом умножения.

Допустим, что вместо механического секундомера судья использует электронный секундомер, то ничего не меняется. Вместо регистрации перемещения стрелки происходит регистрация количества тактов колебаний, произошедших в электронной системе за время измерения. Даже если секундомер непосредственно отображает время в секундах и нам не нужен метод пересчета, то метод преобразования данных все равно присутствует — он реализован специальными электронными компонентами секундомера и работает автоматически, без нашего участия.

2. Прослушивая передачу радиостанции на иностранном языке, мы получаем данные, но не получаем информацию в связи с тем, что не владеем методом преобразования данных в известные нам понятия. Если эти данные записать на лист бумаги или на магнитную ленту, изменится форма их представления, произойдет новая регистрация и, соответственно, образуются новые данные. Такое преобразование можно использовать, чтобы все-таки извлечь информацию из данных путем подбора метода, адекватного их новой форме. Для обработки данных, записанных на листе бумаги, адекватным может быть метод перевода со словарем, а для обработки данных, записанных на магнитной ленте, можно пригласить переводчика, обладающего своими методами перевода, основанными на знаниях, полученных в результате обучения или предшествующего опыта.

Если в нашем примере заменить радиопередачу телевизионной трансляцией, ведущейся на незнакомом языке, то мы увидим, что наряду с данными мы все-таки получаем определенную (хотя и не полную) информацию. Это связано с тем, что люди, не имеющие дефектов зрения, владеют адекватным методом восприятия данных, передаваемых электромагнитным сигналом в полосе частот видимого спектра с интенсивностью, превышающей порог чувствительности глаза. В таких случаях говорят, что метод известен по контексту, то есть данные, составляющие информацию, имеют свойства, однозначно определяющие адекватный метод получения этой информации. (Для сравнения скажем, что слепому “телезрителю” контекстный метод неизвестен, и он оказывается в положении радиослушателя, пример с которым был рассмотрен выше.)

1.2.5. Носители данных

Носитель информации (информационный носитель) – любой материальный объект, используемый человеком для хранения информации. Это может быть, например, береста, глиняные таблички, камень, дерево, бумага, металл, пластмассы, кремний (и другие виды полупроводников), лента с намагниченным слоем (в бобинах и кассетах), фотоматериал, пластик со специальными свойствами (напр., в оптических дисках) и т. д., и т. п.

Носителем информации может быть любой объект, с которого возможно чтение (считывание) имеющейся на нём информации.

Носители информации применяются для:

• записи;

• хранения;

• чтения;

• передачи (распространения) информации.

В большинстве случаев сам носитель информации дополнительно защищается оболочкой, для его сохранности и, соответственно, надёжность сохранения информации.

Например:

• бумажные листы помещают в защитные пластиковые мультифоры (канцелярский пакет для хранения и защиты бумажных документов) и дополнительно в скоросшиватели;

• микросхему памяти – в твердый пластик (смарт-карта);

• магнитную ленту – в корпус;

• микросхему флеш-памяти в пластиковый корпус с USB-разъемом и т. д.

К электронным носителям относят носители для однократной или многократной записи (обычно цифровой) электрическим способом:

• оптические диски (CD-ROM, DVD-ROM, Blu-ray Disc);

• полупроводниковые (флеш-память, дискеты и т. п.);

• CD-диски (CD – Compact Disk, компакт диск), на который может быть записано до 700 Мбайт информации;

• DVD-диски (DVD – Digital Versatile Disk, цифровой универсальный диск), которые имеют значительно большую информационную ёмкость (4,7 Гбайт), так как оптические дорожки на них имеют меньшую толщину и размещены более плотно;

• диски HR DVD и Blu-ray, информационная ёмкость которых в 3–5 раз превосходит информационную ёмкость DVD-дисков за счёт использования синего лазера с длиной волны 405 нанометров.

Электронные носители имеют значительные преимущества перед бумажными (бумажные листы, газеты, журналы):

• по объёму (размеру) хранимой информации;

• по удельной стоимости хранения;

• по экономичности и оперативности предоставления актуальной (предназначенной для недолговременного хранения) информации;

• по возможности предоставления информации в виде, удобном потребителю (форматирование, сортировка).

Есть и недостатки:

• хрупкость устройств считывания;

• вес (масса) (в некоторых случаях);

• зависимость от источников электропитания;

• необходимость наличия устройства считывания/записи для каждого типа и формата носителя.

Накопитель на жёстких магнитных дисках или НЖМД (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск – запоминающее устройство (устройство хранения информации), основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала – магнитные диски. В НЖМД используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной («парковочной») зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Также, в отличие от гибкого диска, носитель информации обычно совмещают с накопителем, приводом и блоком электроники. Такие жёсткие диски часто используются в качестве несъёмного носителя информации.

Оптические (лазерные) диски в настоящее время являются наиболее популярными носителями информации. В них используется оптический принцип записи и считывания информации с помощью лазерного луча.

DVD-диски могут быть двухслойными (емкость 8,5 Гбайт), при этом оба слоя имеют отражающую поверхность, несущую информацию. Кроме того, информационная емкость DVD-дисков может быть еще удвоена (до 17 Гбайт), так как информация может быть записана на двух сторонах.

Накопители оптических дисков делятся на три вида:

• без возможности записи - CD-ROM и DVD-ROM (ROM – Read Only Memory, память только для чтения). На дисках CD-ROM и DVD-ROM хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна;

• с однократной записью и многократным чтением – CD-R и DVD±R (R – recordable, записываемый). На дисках CD-R и DVD±R информация может быть записана, но только один раз;

• с возможностью перезаписи – CD-RW и DVD±RW (RW – Rewritable, перезаписываемый). На дисках CD-RW и DVD±RW информация может быть записана и стерта многократно.

Основные характеристики оптических дисководов:

• емкость диска (CD – до 700 Мбайт, DVD – до 17 Гбайт)

• скорость передачи данных от носителя в оперативную память – измеряется в долях, кратных скорости 150 Кбайт/сек для CD-дисководов;

• время доступа – время, нужное для поиска информации на диске, измеряется в миллисекундах (для CD 80–400 мс).

В настоящее время широкое распространение получили 52х-скоростные CD-дисководы – до 7,8 Мбайт/сек. Запись CD-RW дисков производится на меньшей скорости (например, 32х-кратной). Поэтому CD-дисководы маркируются тремя числами «скорость чтения х скорость записи CD-R х скорость записи CD-RW» (например, «52х52х32»).

DVD-дисководы также маркируются тремя числами (например, «16х8х6»).

При соблюдении правил хранения (хранение в футлярах в вертикальном положении) и эксплуатации (без нанесения царапин и загрязнений) оптические носители могут сохранять информацию в течение десятков лет.

Флеш-память (flash memory) – относится к полупроводникам электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Благодаря техническим решениям, невысокой стоимости, большому объёму, низкому энергопотреблению, высокой скорости работы, компактности и механической прочности, флеш-память встраивают в цифровые портативные устройства и носители информации. Основное достоинство этого устройства в том, что оно энергонезависимое и ему не нужно электричество для хранения данных. Всю хранящуюся информацию во флэш-памяти можно считать бесконечное количество раз, а вот количество полных циклов записи, к сожалению, ограничено.

У флеш-памяти есть как свои преимущества перед другими накопителями (жесткие диски и оптические накопители), так и свои недостатки, с которыми вы можете познакомиться из Таблицы 1, расположенной ниже.

Таблица 1. Преимущества и недостатки носителей

Тип накопителя	Преимущества	Недостатки
Жесткий диск	Большой объём хранимой информации. Высокая скорость работы. Дешевизна хранения данных (в расчете на 1 Мбайт)	Большие габариты. Чувствительность к вибрации. Шум. Тепловыделение
Оптический диск	Удобство транспортировки. Дешевизна хранения информации. Возможность тиражирования	Небольшой объём. Нужно считывающее устройство. Ограничения при операциях (чтение, запись). Невысокая скорость работы. Чувствительность к вибрации. Шум
Флеш-память	Высокая скорость доступа к данным. Экономное энергопотребление. Устойчивость к вибрациям. Удобство подключения к компьютеру. Компактные размеры	Ограниченное количество циклов записи

1.2.6. Операции с данными

С помощью методов информационного процесса разные данные можно преобразовать из одного вида в другой. За обработку данных отвечает множество различных операций.

Первым фактором является общее усложнение связей в человеческом обществе и развитие научно-технического прогресса, при этом возрастают трудозатраты на обработку данных, что связано с постоянными изменениями в условиях управления производством и обществом.

Вторым фактором является увеличение объемов обрабатываемой информации, также связан с научно-техническим прогрессом, а заключается это в быстрых темпах появления и внедрения новых носителей данных, средств их хранения и передачи.

Основные возможные операции с данными можно подразделить на:

• сбор данных — накопления достаточно полной информации с целью обеспечения принятия решений;

• формализация данных — обработка данных, полученных от разных источников, к одному знаменателю, чтобы сделать их сопоставимыми между собой, то есть повысить их уровень доступности;

• фильтрация данных — это повышение достоверности и адекватности данных, при этом должны выполниться такие требования как уменьшение уровня "шума", а также очистка от лишних данных, в которых нет необходимости для принятия решений;

• сортировка данных — это метод который служит для повышения доступности информации путем упорядочения данных по определенным признакам с целью удобства использования;

• архивация данных — это организация хранения данных в компактной, а также удобной форме; применяется для снижения экономических затрат по хранению и повышению общей надежности информационного процесса;

• защита данных — это комплекс мер, которые служат для предотвращения утери информации, а также несанкционированного воспроизведения и модификации данных;

• транспортировка данных— это способ приема и передачи (доставки и отправки) данных между участниками информационного процесса, находящиеся на большом расстоянии друг от друга; в информатике существует понятие — сервер это источник данных, а потребителя называют клиентом;

• преобразование данных — перевод данных из одной формы в другую или из одной структуры в другую. Преобразование данных зачастую связывают с изменением типа носителя, например книги можно хранить в обычной бумажной форме, а также возможно использование электронной формы или микрофотопленку. При транспортировке также возникает необходимость в многократных преобразованиях данных, особенно если она осуществляется по средствам, которые не предназначены для транспортировки данного вида данных. Рассмотрим пример, для транспортировки цифровых потоков данных по каналам телефонных сетей связи (они были предназначены только для передачи аналоговых сигналов в узком диапазоне частот) стало необходимо преобразовать цифровые данные в своего рода звуковые сигналы, для этого были созданы специальные устройства, а именно телефонные модемы.

В наше время люди во всем мире занимаются созданием, обработкой, преобразованием и транспортировкой данных, на различных рабочих местах выполняются множество операций, которые необходимы для выполнения процессов в следующих сферах деятельности человека: социальной, научной, культурной, экономической и промышленной.

Полный список возможных операций настолько огромен, что его составление невозможно, можно сделать вывод, что работа с информацией имеет огромную трудоемкость, поэтому ее необходимо автоматизировать.

В данной главе было рассмотрено развитие понятия информации, как информация влияет на материальный мир и общество в целом. Ее свойства, из чего состоит информация, методы измерения, хранения и транспортировки данных. Так же были рассмотрены существующие операции с данными.

2. Кодирование данных

2.1. Кодирование данных двоичным кодом

Чтобы автоматизировать работу с данными, которые относятся к различным типам, необходимо унифицировать их форму представления, для этого применяются приемы кодировки информации, то есть выражение данных одного типа через данные другого типа.

Речь человека (естественные человеческие языки) представляет собой не что иное, как систему кодирования понятий для выражения мыслей.

В различных языках применяются различные азбуки, которые и являются системами кодирования компонентов языка с помощью графических символов. В истории человечества были неудачные попытки создания “универсальных” языков и азбук, но безуспешность попыток была связана с тем, что национальные и социальные образования понимают, что изменение системы кодирования общественных данных приведет к изменению общественных методов (норм права и морали), что может вызвать социальные потрясения.

Но проблема универсального средства кодирования была удачно реализована в некоторых отраслях техники, науки и культуры, например можно привести систему записи математических выражений, телеграфную азбуку, морскую флажковую азбуку, систему Брайля для слепых и многое другое.

В вычислительной технике своя система, которая называется двоичным кодированием разработана на основе представления данных последовательностью всего двух знаков: 0 и 1. Такие знаки называются двоичными цифрами, в переводе с английского (binary digit или сокращенно bit) бит.

Одним битом могут быть выражены два понятия: 0 или 1 (да или нет, черное или белое, истина или ложь и т. п.). Если количество битов увеличить до двух, то уже можно выразить четыре различных понятия:

00 01 10 11

Тремя битами можно закодировать восемь различных значений:

000 001 010 011 100 101 110 111

При увеличении на единицу количество разрядов в системе двоичного кодирования, увеличивается в два раза количество значений, которое можно записать в данной системе, то формула будет иметь вид:

N = 2m,

где N — количество независимых кодируемых значений;

m — разрядность двоичного кодирования, принятая в данной системе.

2.2. Кодирование целых и действительных чисел

Кодирование двоичным кодом целых чисел происходит достаточно просто — достаточно взять целое число и делить его пополам до тех пор, пока частное не будет равно единице. Совокупность остатков от каждого деления, записанная справа налево вместе с последним частным, и образует двоичный аналог десятичного числа.

Рассмотрим пример перевода из десятичной системы в двоичную систему цифры 19.

19:2 = 9+1

9:2 = 4+1

4:2 = 2+0

2:2 = 1+0

Таким образом, 19₁₀ = 10011₂.

Для кодирования целых чисел от 0 до 255 хватает 8 разрядов двоичного кода, что будет равно восьми битам. Шестнадцать бит могут позволить закодировать целые числа от 0 до 65 535, а двадцать четыре бита — уже более 16 500 000 разных значений.

Для кодирования действительных чисел используют 80-разрядное кодирование. При этом число предварительно преобразуется в нормализованную форму:

3,1415926 = 0,31415926•10¹

300 000= 0,3 •10⁶

123 456 789 = 0,123456789 • 10¹⁰

Первая часть числа называется мантиссой, а вторая — характеристикой. Большую часть из 80 бит отводят для хранения мантиссы (вместе со знаком) и некоторое фиксированное количество разрядов отводят для хранения характеристики (тоже со знаком).

2.3. Кодирование текстовых данных

Если каждому символу алфавита сопоставить определенное целое число (например, порядковый номер), то с помощью двоичного кода можно кодировать и текстовую информацию.

Для кодирования 256 разных символов буде достаточно всего лишь восемь двоичных разрядов, что должно хватить, для выражения различными комбинациями восьми битов, чтобы закодировать все символы английского и русского языков, строчные и прописные, а также знаки пунктуации, символы основных арифметических действий и наиболее распространенные, общепринятые, специальные символы, такие как символы §, $, &, @.

Технически это выглядит очень просто, тем не менее всегда существовали организационные сложности, а именно в начале развития вычислительной техники, они были связаны с отсутствием необходимых стандартов, а в настоящее время , изобилие одновременно действующих и противоречивых стандартов, также дают свои организационные сложности.

Для преодоления этих сложностей необходимо во всем мире одинаково кодировали текстовые данные, требуются единые таблицы кодирования, что пока невозможно из-за конфликтов между символами национальных алфавитов, а также противоречий корпоративного характера.

Английский язык, который считается международным средством общения, противоречия уже снял. Институт стандартизации США (ANSI — American National Standard Institute) ввел в действие систему кодирования ASCII (American Standard Code for Information Interchange — стандартный код информационного обмена США). В системе ASCII закреплены две таблицы кодирования — базовая и расширенная. В базовой таблице значения кодов от 0 до 127, а в расширенной символы с номерами от 128 до 255.

Для производителей аппаратных средств (компьютеров и печатных устройств) были выделены первые 32 кода базовой таблицы, начиная с нулевого. Это так называемые управляющие коды, они не соответствуют никаким символам языков, следовательно, эти коды не выводятся ни на экран, ни на устройства печати, хотя ими можно управлять, тем как производится вывод прочих данных.

Начиная с кода 32 по код 127 располагаются коды символов английского алфавита, а так же знаки препинания, цифры, арифметические действия и вспомогательные символы. Базовая таблица кодировки ASCII приведена в таблице 2.

Таблица 2. Базовая таблица кодировки ASCII

32	пробел	48	0	64	@	80	P	96	˙	112	p
33	!	49	1	65	A	81	Q	97	a	113	q
34	“	50	2	66	B	82	R	98	b	114	r
35	#	51	3	67	C	83	S	99	c	115	s
36	$	52	4	68	D	84	T	100	d	116	t
37	%	53	5	69	E	85	U	101	e	117	u
38	&	54	6	70	F	86	V	102	f	118	v
39	‘	55	7	71	G	87	W	103	g	119	w
40	(	56	8	72	H	88	X	104	h	120	x
41	)	57	9	73	I	89	Y	105	i	121	y
42	*	58	:	74	J	90	Z	106	j	122	z
43	+	59	;	75	K	91	[	107	k	123	{
44	,	60	<	76	L	92	\	108	l	124	‌|
45	-	61	=	77	M	93	]	109	m	125	}
46	.	62	>	78	N	94	^	110	n	126	~
47	/	63	?	79	O	95	_	111	o	127

В других странах были разработаны свои подобные системы кодирования текстовых данных. К примеру, в СССР в этой области применялась своя система кодирования КОИ-7 (код обмена информацией, семизначный), благодаря поддержке производителей оборудования и программ, американский код ASCII вышел на уровень международного стандарта, и другим национальным системам кодирования пришлось “отойти” во вторую, расширенную часть системы кодирования, которые стали располагаться со 128 значения кодов по 255. Так как отсутствовал единый стандарт в этой области , это способствовало к множеству одновременно действующих кодировок. Например, в России можно назвать три действующих стандарта кодировки, а также два уже устаревших.

Компанией Microsoft была введена своя кодировка символов русского языка, известная как кодировка Windows-1251, она глубоко закрепилась и нашла широкое распространение в России, благодаря огромному применению операционных систем и других программ этой компании (Таблица 3), такая кодировка используется на большинстве локальных компьютерах, работающих на платформе Windows.

Также распространена кодировка название которой КОИ-8 (код обмена информацией, восьмизначный) — она была создана во времена действия Совета Экономической Взаимопомощи государств Восточной Европы (Таблица 4). На сегодняшний день кодировка КОИ-8 широко распространена в компьютерных сетях на территории Российской Федерации , а также в Интернете на русскоязычных серверах.

Из-за множества систем кодирования текстовых данных, которые действуют в России, необходимо межсистемное преобразование данных — это является одной из главных задач информатики.

Таблица 3. Кодировка Windows 1251

128	Ђ	144	ђ	160		176	·	192	А	208	Р	224	а	240	р
129	Ѓ	145	‘	161	Ў	177	±	193	Б	209	С	225	б	241	с
130	,	146	’	162	ў	178	І	194	В	210	Т	226	в	242	т
131	ѓ	147	“	163	J	179	i	195	Г	211	У	227	г	243	у
132	”	148	”	164	¤	180	ґ	196	Д	212	Ф	228	д	244	ф
133	…	149	•	165	Ґ	181	µ	197	Е	213	Х	229	е	245	х
134	†	150	–	166	¦	182	¶	198	Ж	214	Ц	230	ж	246	ц
135	‡	151	—	167	§	183	·	199	З	215	Ч	231	з	247	ч
136	‘	152	´	168	Ё	184	ё	200	И	216	Ш	232	и	248	ш
137	‰	153	тм	169	©	185	№	201	Й	217	Щ	233	й	249	щ
138	Љ	154	љ	170	Є	186	є	202	К	218	Ъ	234	к	250	ъ
139	‹	155	›	171	“	187	”	203	Л	219	Ы	235	л	251	ы
140	Њ	156	њ	172	¬	188	ј	204	М	220	Ь	236	м	252	ь
141	Ќ	157	ќ	173	-	189	Ѕ	205	Н	221	Э	237	н	253	э
142	Ћ	158	ћ	174	®	190	ѕ	206	О	222	Ю	238	о	254	ю
143	Џ	159	џ	175	Ї	191	ї	207	П	223	Я	239	п	255	я

Таблица 4. Кодировка КОИ-8

128		144	░	160	-	176	├	192	ю	208	п	224	Ю	240	П
129	|	145	▒	161	Ё	177	╞	193	а	209	я	225	А	241	Я
130	┌	146	▓	162	┌	178	┤	194	б	210	р	226	Б	242	Р
131	┐	147	ó	163	ё	179	Ё	195	ц	211	с	227	Ц	243	С
132	└	148	■	164	╒	180	┤	196	д	212	т	228	Д	244	Т
133	┘	149	×	165	╓	181	╢	197	е	213	у	229	Е	245	У
134	├	150	√	166	╕	182	┬	198	ф	214	ж	230	Ф	246	Ж
135	┤	151	≈	167	╖	183	╤	199	г	215	в	231	Г	247	В
136	┬	152	≤	168	┐	184	╥	200	х	216	ь	232	Х	248	Ь
137	┴	153	≥	169	└	185	┴	201	и	217	ы	233	И	249	Ы
138	┼	154		170	╘	186	╨	202	й	218	з	234	Й	250	З
139	▀	155	õ	171	╙	187	╩	203	к	219	ш	235	К	251	Ш
140	▄	156	·	172	┘	188	┼	204	л	220	э	236	Л	252	Э
141	█	157	²	173	╛	189	╪	205	м	221	щ	237	М	253	Щ
142	▌	158	·	174	╜	190	╫	206	н	222	ч	238	Н	254	Ч
143	▐	159	÷	175	├	191	ё	207	о	223	ъ	239	О	255	Ъ

2.4. Универсальная система кодирования текстовых данных

Проводя анализ трудностей, связанных с созданием единой системы кодирования текстовых данных, то можно сделать вывод, что это вызвано ограниченным набором кодов (256). Для того чтобы увеличить диапазон возможных кодов, необходимо кодировать символы не восьмиразрядными двоичными числами, а числами с большим количеством разрядов. В данный момент существует универсальная система UNICODE, которая основана на 16-ти разрядном кодировании символов.

Для того чтобы разместить в одной таблице символы большинства языков планеты , потребовалось шестнадцать разрядов, которые позволят обеспечить уникальные коды для 65 536 различных символов. Простой механический переход на систему UNICODE долгое время был не возможен из-за недостаточных ресурсов средств вычислительной техники, а именно в системе кодирования UNICODE все текстовые документы становятся в несколько раз длиннее. Во второй половине 90-х годов технические средства достигли необходимого уровня обеспеченности ресурсами, и сегодня мы наблюдаем постепенный перевод документов и программных средств на универсальную систему кодирования.

Все это добавило забот индивидуальным пользователям так как при согласование документов, выполненных в разных системах кодирования, с программными средствами возникали трудности, но они преодолимы.

2.5. Кодирование графических данных

При рассмотрении с помощью увеличительного стекла черно-белого графического изображения, напечатанного на бумаге, то можно увидеть, что оно состоит из очень маленьких точек, которые образуют узор, он называется растром. Растровое кодирование позволяет использовать двоичный код для представления графических данных, так как линейные координаты и индивидуальные свойства каждой точки (яркость) можно выразить с помощью целых чисел.

Для кодирования яркости любой точки будет достаточно восьмиразрядного двоичного числа, так как в данный момент считается, что представление черно-белых иллюстраций это комбинация точек с 256 градациями серого цвета. При кодировании цветных графических изображений используют принцип расщепления произвольного цвета на основные составляющие, в качестве таких составляющих используют три основные цвета: красный (Red, R), зеленый (Green, G) и синий (Blue, В).

Считается, что любой цвет, видимый человеческим глазом, можно получить при механическом смешении данных трех основных цветов, данная система кодирования называется RGB (по первым буквам названий основных цветов).

Если для кодирования яркости каждой из основных составляющих использовать по 256 значений (восемь двоичных разрядов), как это принято для полутоновых черно-белых изображений, то на кодирование цвета одной точки надо затратить 24 разряда, при этом система кодирования обеспечивает однозначное определение 16,5 млн различных цветов, что сопоставимо с чувствительностью цвета человеческим глазом.

Существует режим представления цветной графики с использованием 24 двоичных разрядов, он называется True Color (полноцветный). В нем к каждому из основных цветов добавляют соответственный цвет, дополняющий основной цвет до белого. Для любого из основных цветов существует свой дополнительный цвет, который образован суммой пары остальных основных цветов, соответственно, дополнительными цветами являются: голубой (Cyan, С), пурпурный (Magenta, М) и желтый (Yellow, Y).

Принцип расщепления произвольного цвета на составляющие компоненты, применяется не только для основных цветов, но и для дополнительных, таким образом любой цвет можно представить в виде суммы голубой, пурпурной и желтой составляющей. Такой метод кодирования цвета применяется также в полиграфии, но в полиграфии используется еще и четвертая краска — черная (Black, К). Данная система кодирования обозначается четырьмя буквами CMYK(черный цвет обозначается буквой К, потому, что буква В уже занята синим цветом), и для представления цветной графики в этой системе уже необходимо иметь 32 двоичных разряда, этот режим также называется True Color (полноцветный).

При уменьшении количества двоичных разрядов, используемых для кодирования цвета каждой точки, сокращается объем данных, а также при этом диапазон кодируемых цветов заметно сокращается. Кодирование цветной графики 16-разрядными двоичными числами называется режимом High Color. Кодирование информации о цвете при помощи восьми бит данных возможно передать только 256 цветовых оттенков, данный метод кодирования цвета называется индексным. Так как 256 значений недостаточно для передачи всего диапазона цветов, доступного человеческому глазу, то код каждой точки растра выражает не цвет, а только его номер (индекс) в справочной таблице, называемой палитрой. Необходимая палитра прикладывается к графическим данным, чтобы воспользоваться методами воспроизведения информации на экране или бумаге, неиспользование палитры может привести к искажению полученной информация: листва на деревьях может оказаться синей, а небо — зеленым).

2.6. Кодирование звуковой информации

Одними из последних в вычислительную технику пришли приемы и методы работы со звуковой информацией, тем не менее в отличие от числовых, текстовых и графических данных, у звукозаписей не было столь же длительной и проверенной истории кодирования, по этому методы кодирования звуковой информации двоичным кодом не стандартизированы.

Многие компании разработали свои корпоративные стандарты, среди них выделяются два основных направления. Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что предположительно любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов, имеющих разную частоту, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, исходя из этого, может быть описан числовыми параметрами (кодом). В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, то есть являются аналоговыми. Существуют АЦП (аналогово-цифровые преобразователи), они отвечают за преобразование аналоговых сигналов в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов. Для обратного преобразования воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, необходимы цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). При этих преобразованиях происходит частичная потеря информации, она связана с методом кодирования, из-за этого качество звукозаписи зачастую получается не удовлетворительным и соответствует по качеству звучания простейшим электромузыкальным инструментам с окрасом, характерным для электронной музыки.

Данный метод кодирования обеспечивает достаточно компактный код, в следствии чего его стали применять, когда ресурсы средств вычислительной техники были явно недостаточны.

Метод таблично-волнового (Wave-Table) синтеза лучше соответствует современному уровню развития техники. Если объяснить своими словами то были составлены звуковые таблицы, в которых хранятся образцы звуков различных музыкальных инструментов, а также других звуков (аналог цветовая палитра в графическом кодировании), в технике такие образцы называют сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсивность звука, динамику его изменения, параметры среды, в которой происходит звучание, а также прочие параметры, характеризующие особенности звука. Так как в качестве образцов используются “реальные” звуки, то качество звука, полученного в результате преобразования, будут приближены по качеству звучания к реальным музыкальным инструментам.

В данной главе были рассмотрены существующие методы кодирования информации. Так же мы узнали, что существуют разные системы кодирования, которые позволяют кодировать информацию текстовую, звуковую и графическую. В разных странах используются свои системы кодирования. А так как английский язык является обще принятым, то в существует универсальная система UNICODE.

3. Файлы и файловая структура

3.1. Единицы представления данных

На сегодняшний день принято множество систем представления данных, одну из которых принятую в информатике и вычислительной технике (двоичный код), мы рассмотрели ранее. Наименьшей единицей в таком представлении является бит (двоичный разряд). Битовый рисунок образует совокупность двоичных разрядов, выражающих числовые или другие данные. Если битовый рисунок имеет постоянную форму, то на практике доказано, что с таким битовым представлением удобнее работать. В данный момент в качестве таких форм используются группы по восемь битов, они называются байтами (Таблица 5).

Таблица 5.

Десятичное число	Двоичное число	Байт
1	1	0000 0001
2	10	0000 0010
…	…	…
255	11111111	1111 1111

В данной работе мы рассмотрели, что в большинстве случаев уместно использовать не восьмиразрядное кодирование, а 16-ти разрядное, 24-ех разрядное, 32-ух разрядное и более. Группа из 16 взаимосвязанных бит равная двум взаимосвязанным байтам в информатике называется словом, группы из четырех взаимосвязанных байтов (32 разряда) называются удвоенным словом, а группы из восьми байтов (64 разряда) — учетверенным словом. На сегодняшний день, такой системы обозначения достаточно.

3.2. Единицы измерения данных

Сейчас существует большое количество различных систем и единиц измерения данных. Каждой научной дисциплине и каждой области человеческой деятельности используются свои, наиболее удобные и подходящие для данной сферы деятельности, единицы. В информатике для измерения данных используют тот факт, что разные типы данных имеют универсальное двоичное представление, и потому вводят свои единицы данных, основанные на нем.

Наименьшей единицей измерения является байт, так как обычно одним байтом кодируется один символ текстовой информации, то размер текстовых документов в байтах соответствует лексическому объему в символах (в данный момент исключением является универсальная кодировка UNICODE).

Более крупной единицей измерения является килобайт (Кбайт). 1 Кбайт примерно равен 1000 байт, для вычислительной техники, работающей с двоичными числами, более удобно представление чисел в виде степени двойки, и потому 1 Кбайт равен 2¹⁰ байт (1024 байт). Не смотря на это, где это не принципиально, существует инженерная погрешность (до 3 %) "лишние" байты округляются . В килобайтах измеряются небольшие объемы данных, можно считать, что одна страница неформатированного машинописного текста составляет около 2 Кбайт.

Более крупные единицы измерения данных образуются добавлением префиксов мега-, гига-, тера-; в более крупных единицах пока нет практической надобности.

1 Мбайт = 1024 Кбайт = 10²⁰ байт

1 Гбайт = 1024 Мбайт = 10³⁰ байт

1 Тбайт = 1024 Гбайт = 10⁴⁰ байт

На старших единицах измерения округление применяется реже, так как при переходе к более крупным единицам “инженерная” погрешность, связанная с округлением, становится недопустимой.

3.3. Единицы хранения данных

Для хранения данных нужно решить две проблемы: как сохранить данные в компактном виде и как обеспечить к ним удобный и быстрый доступ, при этом обе задачи должны быть выполнены вместе. При обеспечении доступа нужно, чтобы данные имели упорядоченную структуру, а при этом, образуется “паразитная нагрузка” в виде адресных данных, без которых невозможно получить доступ к необходимым элементам данных, входящих в структуру.

Так как адресные данные также имеют собственный размер и подлежат хранению, то хранить такие данные в виде мелких единиц, как байты, неудобно. Их неудобно хранить и в более крупных единицах (килобайтах, мегабайтах и т. п.), поскольку неполное заполнение одной единицы хранения приводит к неэффективности хранения.

Поэтому в качестве единицы хранения данных принят объект переменной длины, называемый файлом. Файл — это последовательность произвольного числа байтов, обладающая уникальным собственным именем, также в отдельном файле хранят данные, относящиеся к одному типу, что и определяет тип файла.

Мы можем представить себе файл в виде безразмерного канцелярского скоросшивателя, в который мы можем легко добавлять содержимое или извлекать его оттуда. В файле нет ограничений на размер, он может быть 0 байтов (пустой файл), или файл, который имеет любое число байтов (заполненный файл). В определении файла особое внимание уделяется имени, что фактически будет нести в себе адресные данные, без них данные, хранящиеся в файле, перестанут быть информацией из-за отсутствия метода доступа к ним.

Помимо функций, связанных с адресацией, имя файла несет в себе сведения о типе данных, заключенных в нем. Автоматическим средствам работы с данными это необходимо, поскольку по имени файла они автоматически определяют подходящий метод извлечения информации из файла.

3.4. Понятие о файловой структуре

Требование уникальности имени файла очевидно — без этого невозможно гарантировать однозначность доступа к данным. В средствах вычислительной техники предусмотрено требование уникальности имени, оно обеспечивается автоматически, то есть создать файл с подобным именем, которое уже имеется, не может ни пользователь, ни автоматика.

Хранение файлов организуется в иерархической структуре, которая называется файловой структурой. Вершиной структуры является имя носителя, на котором сохраняются файлы, после файлы группируются в каталоги (папки), внутри которых могут быть созданы вложенные каталоги (папки). Путь доступа к файлу начинается с имени устройства и включает все имена каталогов (папок), через которые проходит. В качестве разделителя используется символ “\” (обратная косая черта).

Уникальность имени файла достигается тем, что полным именем файла считается собственное имя файла вместе с путем доступа к нему, следовательно в таком случае на одном носителе не может быть двух файлов с одинаковыми полными именами.

Пример записи полного имени файла:

<имя носителя>\<имя каталога-1 >\...\<имя каталога-М>\<собственное имя файла>

Приведем пример записи двух файлов, которые имеют одинаковое собственное имя и размещенных на одном носителе, но отличающихся путем доступа, то есть полным именем.

С:\Мои документы\Рефераты\Химия\Кислоты

С:\Рабочий стол\Учеба\Черновики

В этой главе рассмотрели, что такое файл и его структуру. Хранение данных с помощью файловых структур. Единицы измерения данных, где мы узнали, что наименьшей единицей измерения принято называть бит, байт; а более крупные мегабайт, гигабайт, терабайт.

4. Информатика

4.1. Предмет и задачи информатики

Информатика — это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.

Из этого определения видно, что информатика очень близка к технологии, поэтому ее предмет нередко называют информационной технологией.

Предмет информатики составляют следующие понятия:

• аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;
• программное обеспечение средств вычислительной техники;
• средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;
• средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

Как видно из этого списка, в информатике особое внимание уделяется вопросам взаимодействия. Для этого даже есть специальное понятие — интерфейс. Методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами называют пользовательским интерфейсом. Соответственно, существуют аппаратные интерфейсы, программные интерфейсы и аппаратно-программные интерфейсы.

ИНФОРМАТИКА. Наука об общих свойствах и структуре научной информации, закономерностях её создания, преобразования, накопления, передачи и использования.

С.И.Ожегов

Основной задачей информатики является систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники. Цель систематизации состоит в выделении, внедрении и развитии передовых, наиболее эффективных технологий, в автоматизации этапов работы с данными, а также в методическом обеспечении новых технологических исследований.

Информатика — практическая наука. Ее достижения должны проходить подтверждение практикой и приниматься в тех случаях, когда они соответствуют критерию повышения эффективности. В составе основной задачи информатики сегодня можно выделить следующие направления для практических приложений:

• архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных);
• интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением);
• программирование (приемы, методы и средства разработки компьютерных программ);
• преобразование данных (приемы и методы преобразования структур данных);
• защита информации (обобщение приемов, разработка методов и средств защиты данных);
• автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека);
• стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программными средствами, а также между форматами представления данных, относящихся к различным типам вычислительных систем).

На всех этапах технического обеспечения информационных процессов для информатики ключевым понятием является эффективность. Для аппаратных средств под эффективностью понимают отношение производительности оборудования к его стоимости (с учетом стоимости эксплуатации и обслуживания). Для программного обеспечения под эффективностью понимают производительность лиц, работающих с ними (пользователей). В программировании под эффективностью понимают объем программного кода, создаваемого программистами в единицу времени.

В информатике все жестко ориентировано на эффективность. Вопрос, как сделать ту или иную операцию, для информатики является важным, но не основным. Основным же является вопрос, как сделать данную операцию эффективно.

4.2. Истоки и предпосылки информатики

Слово информатика происходит от французского слова Informatique, образованного в результате объединения терминов Informacion (информация) и Automatique (автоматика), что выражает ее суть как науки об автоматической обработке информации. Кроме Франции термин информатикаиспользуется в ряде стран Восточной Европы. В то же время, в большинстве стран Западной Европы и США используется другой термин — Computer Sience (наука о средствах вычислительной техники).

В качестве источников информатики обычно называют две науки — документалистику и кибернетику. Документалистика сформировалась в конце XIX века в связи с бурным развитием производственных отношений. Ее расцвет пришелся на 20-30-е годы XX века, а основным предметом стало изучение рациональных средств и методов повышения эффективности документооборота.

Основы близкой к информатике технической науки кибернетики были заложены трудами по математической логике американского математика Норберта Винера, опубликованными в 1948 году, а само название происходит от греческого слова (kyberneticos — искусный в управлении).

Впервые термин кибернетика ввел французский физик Андре Мари Ампер в первой половине XIX веке. Он занимался разработкой единой системы классификации всех наук и обозначил этим термином гипотетическую науку об управлении, которой в то время не существовало, но которая, по его мнению, должна была существовать.

Сегодня предметом кибернетики являются принципы построения и функционирования систем автоматического управления, а основными задачами — методы моделирования процесса принятия решений техническими средствами, связь между психологией человека и математической логикой, связь между информационным процессом отдельного индивидуума и информационными процессами в обществе, разработка принципов и методов искусственного интеллекта. На практике кибернетика во многих случаях опирается на те же программные и аппаратные средства вычислительной техники, что и информатика, а информатика, в свою очередь, заимствует у кибернетики математическую и логическую базу для развития этих средств.

В данной главе была рассмотрена наука информатика, она объясняет практическое взаимодействие человека и компьютерных технологий (взаимодействие с аппаратными и программными средствами), которые дают возможность человеку анализировать и оценивать полученные данные для принятия решений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе были затронуты темы об информации в целом, ее влияние на человека, как она способствует становлению человеческого общения и эволюции человека, как высокообразованного индивидуума. Информационные технологии позволяют человеку добиваться прогресса в любом начинании. С помощью развития технологий были усовершенствованы персональные компьютеры, которые стали более доступны для общего пользования. Наростание технологий позволило поднять обучение на новый уровень, который себе не могли позволить ученые без существования электронных хранилищ данных. В наше время человек может пользоваться огромными, разнообразными данными в любой области науки для своего самообразования. Существование методов анализа и оценки, с помощью компьютерных программ, позволяет человеку принять решение с наименьшими рисками.

БИБЛИОГРАФИЯ

Винер Н. Кибернетика, 1948. - стр.238

Годин В.В Корнеев И.К Управление информационными ресурсами, 2000. - стр. 14 - 15

Каймин В.А. Информатика, 2000. - стр. 7-8

Ожегов С.И. Толковый словарь русского языка

Погорелов Г. Базовый курс информатики для гуманитариев/ Г.З. Погорелов; Сибирский ин-т. бизнеса, управления и психологии – Красноярск, 2009. 15 - 20 с.

Семенов В. В. Конспект лекций по дисциплинам “Информационные технологии в экономике” и “Информационные технологии в менеджменте” 2011-2018

Симонович С.В. Информатика. Базовый курс, 2005. - стр.7

Симонович С.В. - Информатика для юристов и экономистов, 2001 - стр. 9

Усольцев А.А. ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА, 2009. - стр.129

Федеральный закон от 20.02.1995 N 24-ФЗ (ред. от 10.01.2003) "Об информации, информатизации и защите информации"

  Шабанов Д.А., Кравченко М.А. Экология: биология взаимодействия, 2009. - стр. 194

Шафрин Ю. А. Информационные технологии: в 2ч. Ч. 1: Основы информатики и информационных технологий, 2002