Информация в материальном мире (Понятие данных)

Содержание:

Введение

Современный мир характеризуется такой тенденцией, как постоянное повышение роли информации. Сегодня уровень могущества зависит не только от количества танков и ракет, нефти, золота и других материальных ресурсов. Настоящей силой обладает тот, под чьим контролем находятся информационные потоки. Информация является одним из важнейших стратегических ресурсов, наравне с финансами, квалифицированными кадрами, оборудованием, временем, энергией и сырьем.

Как известно, все производственные процессы имеют в своём составе материальную и нематериальную составляющие. Первая – это необходимое для производства оборудование, материалы и энергия в нужной форме (то есть, чем и из чего изготавливается предмет). Вторая составляющая – технология производства (то есть, как он изготавливается). Вспомнив в общих чертах историю развития производительных сил на Земле, каждый читатель увидит, что роль (и, соответственно, стоимость) информационной компоненты в любом производстве с течением времени возрастает.

В последнее столетие появилось много таких отраслей производства, которые почти на 100% состоят из одной информации, например, дизайн, создание программного обеспечения, реклама и другие.

Соответственно, и себестоимость товара складывается из стоимости материала, энергии и рабочей силы с одной стороны и стоимости технологии, с другой. Доля НИОКР в цене товара в наше время может достигать 50% и более, несмотря на то, что материальные затраты индивидуальны для каждой единицы продукции, а затраты на технологию – общие, то есть, раскладываются поровну на всю серию товара. Появился даже принципиально новый вид товара, в котором доля индивидуальных затрат сведена почти до нуля.

Это программное обеспечение (ПО), при производстве которого все затраты делаются на создание первого образца, а дальнейшее его тиражирование не стоит ничего.

Указанные тенденции однозначно свидетельствуют, что начинающийся XXI век станет информационным веком, в котором материальная составляющая отойдёт на второй план.

Данная работа рассматривает определение данных, информации в материальном мире и их взаимосвязь между собой. Будут рассматриваться операции с данными и свойство информации. Подробно разъяснены основные структуры данных, формы существования информации, и её передачи.

1. Понятие данных

Само слово «данные» происходит от латинского слова data, что означает информация. Таким образом, в самом общем значении это слово обозначает информацию, которая передаётся в каком-либо формализованном виде: слова, цифры, коды. [1]

Из всего многообразия подходов к определению понятия "данные" справедливо то, которое говорит о том, что данные несут в себе информацию о событиях, произошедших в материальном мире, поскольку они являются регистрацией сигналов, возникших в результате этих событий. При этом физический метод регистрации может быть любым: механическое перемещение физических тел, изменение их формы или параметров качества поверхности, изменение электрических, магнитных, оптических характеристик, химического состава и (или) характера химических связей, изменение состояния электронной системы и многое другое. В соответствии с методом регистрации данные могут храниться и транспортироваться на носителях различных видов.

Однако данные не тождественны информации. Станут ли данные информацией, зависит от того, известен ли метод преобразования данных в известные понятия. То есть, чтобы извлечь из данных информацию необходимо подобрать соответствующий форме данных адекватный метод получения информации. Данные, составляющие информацию, имеют свойства, однозначно определяющие адекватный метод получения этой информации. Причем необходимо учитывать тот факт, что 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. Информация существует только в момент протекания информационного процесса. Все остальное время она содержится в виде данных. [2]

Одни и те же данные могут в момент потребления представлять разную информацию в зависимости от степени адекватности взаимодействующих с ними методов. [3]

По своей природе данные являются объективными, так как это результат регистрации объективно существующих сигналах, вызванных изменениями в материальных телах или полях. 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. [4]

1.1 Виды и типы данных

Данные могут быть представлены следующими видами:

1) целыми и действительными числами;

2) текстом;

3) мультимедийными (графическими объектами, звуковыми сигналами, цветными изображениями).

В зависимости от вида данных, они могут подразделяться на следующие типы:

1) байтовый тип;

2) целочисленные типы простой и двойной точности;

3) типы действительных чисел простой и двойной точности;

4) типы даты и времени;

5) строковый тип;

6) логический тип;

7) тип объектов. [5]

1.2 Основные структуры данных

Работа с большими наборами данных автоматизируется проще, когда данные упорядочены, то есть образуют заданную структуру. Существует три основных типа структур данных: линейная, табличная и иерархическая. При создании любой структуры данных необходимо обеспечить решение двух задач: как разделять элементы данных между собой и как разыскивать нужные элементы.

• Линейные структуры – это хорошо знакомые списки. Список – это простейшая структура данных, отличающаяся тем, что каждый элемент данных однозначно определяется своим уникальным номером в списке.

Табличные структуры данных подразделяются на двумерные и многомерные.

• Двумерные табличные структуры данных (матрицы) – это упорядоченные структуры, в которых адрес элемента определяется номером столбца и номером строки, на пересечении которых находится ячейка, содержащая искомый элемент.

• Многомерные таблицы – это упорядоченные структуры данных, в которых адрес элемента определяется тремя и более измерениями. Для отыскания нужного элемента в таких таблицах необходимо знать параметры всех измерений (размерностей).

Линейные и табличные структуры являются простыми. Ими легко пользоваться, поскольку адрес каждого элемента задаётся числом (для списка), двумя числами (для двумерной таблицы) или несколькими числами для многомерной таблицы. Они также легко упорядочиваются. Основным методом упорядочения таких данных является сортировка. Недостатком простых структур данных является трудность их обновления.

• Иерархические структуры – это структуры, объединяющие нерегулярные данные, которые трудно представить в виде списка или таблицы. В

иерархической структуре адрес каждого элемента определяется маршрутом, ведущим от вершины структуры к данному элементу. Эти структуры по форме сложнее, чем линейные и табличные, но они не создают проблем с обновлением данных. Их легко развивать путём создания новых уровней.

Недостатком иерархических структур является относительная трудоёмкость записи адреса элемента данных и сложность упорядочения. Поэтому для упорядочения в таких структурах применяется метод предварительной индексации. При этом каждому элементу данных присваивается свой уникальный индекс, который используется при поиске, сортировке и тому подобное. В качестве примера иерархической структуры может служить система почтовых адресов. [6]

1.3. Носители данных

Самым распространенным носителем данных, хотя и не самым экономичным, по-видимому, является бумага. На бумаге данные регистрируются путем изменения оптических характеристик ее поверхности. Изменение оптических свойств (изменение коэффициента отражения поверхности в определенном диапазоне длин волн) используется также в устройствах, осуществляющих запись лазерным лучом на пластмассовых носителях с отражающим покрытием (CD ROM). В качестве носителей, использующих изменение магнитных свойств, можно назвать магнитные ленты и диски. Регистрация данных путем изменения химического состава поверхностных веществ носителя широко используется в фотографии. На биохимическом уровне происходит накопление и передача данных в живой природе.

Носители данных интересуют нас не сами по себе, а постольку, поскольку свойства информации весьма тесно связаны со свойствами ее носителей. Любой носитель можно характеризовать параметром разрешающей способности

(количеством данных, записанных в принятой для носителя единице измерения) и динамическим диапазоном (логарифмическим отношением интенсивности амплитуд максимального и минимального регистрируемого сигналов). От этих свойств носителя нередко зависят такие свойства информации, как полнота, доступность и достоверность. Так, например, мы можем рассчитывать на то, что в базе данных, размещаемой на компакт-диске, проще обеспечить полноту информации, чем в аналогичной по назначению базе данных, размещенной на гибком магнитном диске, поскольку в первом случае плотность записи данных на единице длины дорожки намного выше. Для обычного потребителя доступность информации в книге заметно выше, чем той же информации на компакт-диске, поскольку не все потребители обладают необходимым оборудованием. И, наконец, известно, что визуальный эффект от просмотра слайда в проекторе намного больше, чем от просмотра аналогичной

иллюстрации, напечатанной на бумаге, поскольку диапазон яркостных сигналов в проходящем свете на два-три порядка больше, чем в отраженном.

Задача преобразования данных с целью смены носителя относится к одной из важнейших задач информатики. В структуре стоимости вычислительных систем устройства для ввода и вывода данных, работающие с носителями информации, составляют до половины стоимости аппаратных средств.

1.4. Операции с данными

В ходе информационного процесса данные преобразуются из одного вида в другой с помощью методов. Обработка данных включает в себя множество различных операций. По мере развития научно-технического прогресса и общего усложнения связей в человеческом обществе трудозатраты на обработку данных неуклонно возрастают. Прежде всего, это связано с постоянным усложнением условий управления производством и обществом.

Второй фактор, также вызывающий общее увеличение объемов, обрабатываемых данных, тоже связан с научно-техническим прогрессом, а именно с быстрыми темпами появления и внедрения новых носителей данных, средств их хранения и доставки.

В структуре возможных операций с данными можно выделить следующие основные:

• сбор данных — накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решений;
• формализация данных — приведение данных, поступающих из разных источников, к одинаковой форме, чтобы сделать их сопоставимыми между собой, то есть повысить их уровень доступности;
• фильтрация данных — отсеивание “лишних” данных, в которых нет необходимости для принятия решений; при этом должен уменьшаться уровень “шума”, а достоверность и адекватность данных должны возрастать;
• сортировка данных — упорядочение данных по заданному признаку с целью удобства использования; повышает доступность информации;
• архивация данных — организация хранения данных в удобной и легкодоступной форме; служит для снижения экономических затрат по хранению данных и повышает общую надежность информационного процесса в целом;
• защита данных — комплекс мер, направленных на предотвращение утраты, воспроизведения и модификации данных;
• транспортировка данных— прием и передача (доставка и поставка) данных между удаленными участниками информационного процесса; при этом источник данных в информатике принято называть сервером, а потребителя — клиентом;
• преобразование данных — перевод данных из одной формы в другую или из одной структуры в другую. Преобразование данных часто связано с изменением типа носителя, например, книги можно хранить в обычной бумажной форме, но можно использовать для этого и электронную форму, и микрофотопленку. Необходимость в многократном преобразовании данных возникает также при их транспортировке, особенно если она осуществляется средствами, не предназначенными для транспортировки данного вида данных. В качестве примера можно упомянуть, что для транспортировки цифровых потоков данных по каналам телефонных сетей (которые изначально были ориентированы только на передачу аналоговых сигналов в узком диапазоне частот) необходимо преобразование цифровых данных в некое подобие звуковых сигналов, чем и занимаются специальные устройства — телефонные модемы.

Приведенный здесь список типовых операций с данными далеко не полон. Миллионы людей во всем мире занимаются созданием, обработкой, преобразованием и транспортировкой данных, и на каждом рабочем месте выполняются свои специфические операции, необходимые для управления социальными, экономическими, промышленными, научными и культурными процессами. Полный список возможных операций составить невозможно. Следовательно, можно сделать вывод: работа с информацией может иметь огромную трудоемкость, и ее надо автоматизировать.

2. Понятие информации

Существует множество определений и взглядов на понятие "информация". Известно такое определение: информация (от латинского informatio) - это сведения, сообщения о каком-либо событии, деятельности и т.д.

В самом общем смысле информация есть обозначение некоторой формы связей или зависимостей объектов, явлений, мыслительных процессов. Информация есть понятие, абстракция, относящееся к определенному классу закономерностей материального мира и его отражения в человеческом сознании. В зависимости от области, в которой ведется исследование, и от класса задач, для которых вводится понятие информации, исследователи подбирают для него различные определения. [7]

Для инженеров, биологов, генетиков, психологов понятие "информации" отождествляется с теми сигналами, импульсами, кодами, которые наблюдаются в технических и биологических системах. Радиотехники, телемеханики, программисты понимают под информацией рабочее тело, которое можно

обрабатывать, транспортировать, так же как электричество в электротехнике или жидкость в гидравлике. Это рабочее тело состоит из упорядоченных дискретных или непрерывных сигналов, с которыми и имеет дело информационная техника.

Носителями информации являются материальные объекты, в том числе процессы и физические поля, в которых сведения находят свое отображение в виде символов, образов, сигналов и технических решений.

Предметы, процессы, явления материального или нематериального свойства, рассматриваемые с точки зрения их информационных свойств, называются информационными объектами.

Основными формами существования информации являются:

• человек - как обладающий свойством накапливать и хранить в своем сознании (памяти) смысловую информацию, а при необходимости выдавать ее другому человеку или техническому устройству. Выдача человеком информации происходит устно при разговоре, письменно в виде документа или путем передачи изделий различного назначения;

• документ - текстовые и графические материалы, выполненные любыми способами, а также перфорированные и магнитные носители, фото-, видео-, кинопленки. Текстовые и графические материалы могут быть написаны от руки, нарисованы, выгравированы, начерчены, напечатаны на машинке, исполнены типографским способом;

• изделие - технические комплексы, системы и образцы различного назначения, их составные части и комплектующие элементы, химические продукты, аппаратура, оборудование и макеты, которые по своим характеристикам и отличительным признакам являются источниками информации. Особую группу изделий составляют технические средства обработки информации (ТСОИ), которые подобно человеку способны накапливать, хранить, преобразовывать и выдавать информацию в виде сообщений.

Информация при этом может отображаться на экране дисплея или отпечатываться в виде документа;

• работа (процесс) - боевые действия войск;

• объект - организационное и территориальное объединение сил и средств, предназначенных для совместного осуществления управленческой деятельности.

Информация может существовать в самых разнообразных формах:

• в виде текстов, рисунков, чертежей, фотографий;

• в виде световых или звуковых сигналов;

• в виде радиоволн;

• в виде электрических и нервных импульсов;

• в виде магнитных записей;

• в виде жестов и мимики;

• в виде запахов и вкусовых ощущений;

• в виде хромосом, посредством которых передаются по наследству признаки и свойства. [8]

2.1. Передача и обработка информации

Информация передаётся в виде сообщений от некоторого источника информации к её приёмнику посредством канала связи между ними. Источник посылает передаваемое сообщение, которое кодируется в передаваемый сигнал. Этот сигнал посылается по каналу связи. В результате в приёмнике появляется принимаемый сигнал, который декодируется и становится принимаемым сообщением. Передача информации по каналам связи часто сопровождается воздействием помех, вызывающих искажение и потерю информации. [9]

Обработка информации - получение одних информационных объектов из других информационных объектов путем выполнения некоторых алгоритмов.

Обработка является одной из основных операций, выполняемых над информацией, и главным средством увеличения объёма и разнообразия информации.

Средства обработки информации - это всевозможные устройства и системы, созданные человечеством, и в первую очередь, компьютер - универсальная машина для обработки информации.

Компьютеры обрабатывают информацию путем выполнения некоторых алгоритмов.

Живые организмы и растения обрабатывают информацию с помощью своих органов и систем. [10]

Преобразование, обработка информации - важнейший из информационных процессов.
Процессы, связанные с получением, хранением, обработкой и передачей информации, называются информационными процессами.

Таким образом, без информации, её передачи, преобразования и использования управление невозможно. В основе любого процесса управления лежат информационные процессы.
В любом процессе управления всегда происходит взаимодействие двух систем - управляемой и управляющей. Если они соединены каналами прямой и обратной связи, то такую систему называют замкнутой или системой с обратной связью.
По каналу прямой связи передаются сигналы (команды) управления, которые вырабатываются в управляющем органе. Управляемый объект подчиняется этим командам и осуществляет свои рабочие функции. По каналу обратной связи поступает информация о состоянии управляемого объекта. В управляющем органе на основе этой информации вырабатываются новые сигналы управления, которые посылаются к управляемому объекту.
Датчик измеряет величину, которая подлежит регулированию и преобразует её в другую величину, которая более удобна для использования в управляющем объекте. Управляющий объект воспринимает эту информацию, сравнивает её с заданным значением. Если он находит расхождение, то передаёт соответствующую команду в исполнительное устройство, которое восстанавливает заданное значение величины, которую нужно отрегулировать.

В качестве исполнительных объектов используются устройства, которые непосредственно воздействуют на технологический процесс (двигатели, электромагниты…).
Такие системы представляют собой типичный пример систем автоматического регулирования.
Рассмотрим данную схему на примере записи информации на жёсткий диск. При записи информации на жёсткие диски требуется особенная точность установки (на рабочей поверхности носителя имеются тысячи дорожек) и

необходимо учитывать механические деформации носителя (например, в результате изменения температуры). В этом случае управляющий объект (система управления магнитными головками винчестера) получает информацию о реальном положении магнитной головки по каналу обратной связи и по прямому каналу управления производит необходимые перемещения.
 

3. Взаимосвязь данных и информации

Между данными и информацией существует тесная связь, что существование одного без другого либо невозможно, либо просто бессмысленно. Так как данные – это совокупность сведений, которые зафиксированы на каком-либо носителе – бумаге, диске, пленке. Эти сведения должны быть в форме, пригодной для хранения, передачи и обработки. Дальнейшее преобразование данных позволяет получить информацию. Таким образом, информацией можно назвать результат анализа и преобразования данных. [11]

4. Свойство информации

Информация является динамическим объектом, образующимся в момент взаимодействия объективных данных и субъективных методов. Как и всякий объект, она обладает свойствами (объекты различимы по своим свойствам). Характерной особенностью информации, отличающей ее от других объектов природы и общества, является отмеченный выше дуализм: на свойства информации влияют как свойства данных, составляющих ее содержательную часть, так и свойства методов, взаимодействующих с данными в ходе информационного процесса. По окончании процесса свойства информации переносятся на свойства новых данных, то есть свойства методов могут переходить на свойства данных.

Можно привести немало разнообразных свойств информации. Каждая научная дисциплина рассматривает те свойства, которые ей наиболее важны. С точки зрения информатики наиболее важными представляются следующие свойства: объективность, полнота, достоверность, адекватность, доступность и актуальность информации.

• 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. В ходе информационного процесса степень объективности информации всегда понижается. Это свойство учитывают, например, в правовых дисциплинах, где

по-разному обрабатываются показания лиц, непосредственно наблюдавших

события или получивших информацию косвенным путем (посредством умозаключений или со слов третьих лиц). В не меньшей степени объективность информации учитывают в исторических дисциплинах. Одни и те же события, зафиксированные в исторических документах разных стран и народов, выглядят совершенно по-разному. У историков имеются свои методы для тестирования объективности исторических данных и создания новых, более достоверных данных путем сопоставления, фильтрации и селекции исходных данных. Обратим внимание на то, что здесь речь идет не о повышении объективности данных, а о повышении их достоверности (это совсем другое свойство).

• Полнота информации. Полнота информации во многом характеризует качество информации и определяет достаточность данных для принятия решений или для создания новых данных на основе имеющихся. Чем полнее данные, тем шире диапазон методов, которые можно использовать, тем проще подобрать метод, вносящий минимум погрешностей в ход информационного процесса.

• Достоверность информации. Данные возникают в момент регистрации сигналов, но не все сигналы являются «полезными» — всегда присутствует какой-то уровень посторонних сигналов, в результате чего полезные данные сопровождаются определенным уровнем «информационного шума». Если полезный сигнал зарегистрирован более четко, чем посторонние сигналы, достоверность информации может быть более высокой. При увеличении уровня шумов достоверность информации снижается. В этом случае для передачи того же количества информации требуется использовать либо больше данных, либо более сложные методы.

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

• Доступность информации — мера возможности получить ту или иную информацию. На степень доступности информации влияют одновременно как доступность данных, так и доступность адекватных методов для их интерпретации. Отсутствие доступа к данным или отсутствие адекватных методов обработки данных приводят к одинаковому результату, информация оказывается недоступной. Отсутствие адекватных методов для работы с данными во многих случаях приводит к применению неадекватных методов, в результате чего образуется неполная, неадекватная или недостоверная информация.

• Актуальность информации — это степень соответствия информации текущему моменту времени. Нередко с актуальностью, как и с полнотой, связывают коммерческую ценность информации. Поскольку информационные процессы растянуты во времени, то достоверная и адекватная, но устаревшая информация может приводить к ошибочным решениям. Необходимость поиска (или разработки) адекватного метода для работы с данными может приводить к такой задержке в получении информации, что она становится неактуальной и ненужной. На этом, в частности, основаны многие современные системы шифрования данных с открытым ключом. Лица, не владеющие ключом (методом) для чтения данных, могут заняться поиском ключа, поскольку алгоритм его работы доступен, но продолжительность этого поиска столь велика, что за время работы информация теряет актуальность и, соответственно, связанную с ней практическую ценность. [12]

Заключение

Информация определяется как общенаучное понятие, включающее обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, автоматом и автоматом; обмен сигналами в животном и растительном мире; передачу признаков от клетки к клетке, от организма к организму (генетическая информация), одно из основных понятий кибернетики.

В целом уровень развития общественных отношений во многом определяется состоянием его информационной инфраструктуры. По мере развития общественного прогресса информация все более становится непосредственной производительной силой, оказывая существенное влияние на количественные и качественные характеристики общественного производства.

Возрастающая роль информатизации социально-
экономических отношений связана, прежде всего, с увеличением потребности в знаниях самого различного характера. Объемы информации увеличиваются по мере развития общественных потребностей, приводящих в конечном итоге к необходимости постоянного накопления производственного потенциала и совершенствования производственных отношений.

В условиях перехода отечественной экономики на рыночные отношения к уровню развития информационной инфраструктуры предъявляются качественно новые требования, вытекающие из необходимости информатизации всех сфер деятельности общества, и, прежде всего — экономических.

Современное состояние общественного развития все больше ориентируется на экономические процессы, эффективность функционирования которых зависит от наличия или отсутствия информационных составляющих. Информация уже превратилась в своеобразный ресурс, фактор производства научно-технической продукции, занявший свое место и в ценообразовании, и в предпринимательстве.

Список использованной литературы

1. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 2001. - 320 с.

2. Кормен Т., Лейзерсон Ч., Ривест Р Алгоритмы: построение и анализ. М., «МЦНМО», 2000.

3. Хансен Г., Хансен Д. Базы данных. Разработка и управление. – М.: Бином, 2000. – 704 с.

4. Академик. Словари и энциклопедии.

5. Кумскова И.А. Базы данных. – М.: КноРус, 2012. – 488 с.

6. Информатика.

7. Пекелис В.Д. Кибернетика от А до Я – М., 1990. – 480 с.

8. Дмитриев В.К. Прикладная теория информации. – М., 2001. – 400 с.

9. Википедия.

10. Пособие для студентов по информатике/под ред. Н.Г. Огарковой, С.С. Смаиловой. Усть-Камненогорск 2009 год.

11. Языки программирования.

12. Информация в материальном мире.