Информация – сведения, уменьшающие неопределённость.

Информация – сведения, уменьшающие неопределённость.

Информатика включает в себя следующие разделы современных знаний:

Создание средств накопления и хранения знаний.

Развитие средств передачи информации на расстояния.

Возможность автоматизированной обработки информации.

Направления информатики:

Теоретическая информатика.

Кибернетика.

Программирование.

Искусственный интеллект.

Информационные системы.

Вычислительная техника.

Информатика в обществе.

Информатика в природе.

Предметом теоретической информатики являются математические методы при построении модели обработки, передаче и использовании информации. Эти методы опираются на математическую логику, что служит для основы теории алгоритмов, теории сетей…

Информатика является симбиозом нескольких наук (философии, математики, кибернетики, лингвистики) и изучает инф., действия над ней (сбор, обработка, передача и др.), а также вычислительную технику и её повсеместное внедрение.

Информатика решает такие задачи: сбор данных, обработка данных, преобразование данных в удобный вид, выдача и отображение информации.

Информация и её свойства.

Информация – это любые сведения, являющиеся объектом хранения, передачи, преобразования.

Источники информации: лекции, доклады, лабораторные работы, практические занятия, СМИ, Интернет, устное общение, фотографии и т.д.

Источником информации может быть как человек, так и система, генерирующая информацию по состоянию некоторого физического объекта. Под генерирование понимают всю совокупность процессов, в результате которых возникает новая информация, то есть та, которая отсутствует в системе и которую нельзя получить на основе уже имеющейся. В процессе генерирования осуществляется целенаправленное извлечение и анализ сведений о каком-либо объекте.

Информация – это совокупность некоторых сведений о какой-либо материальной системе (предмете, объекте, процессе, событии), предназначенных для передачи, преобразования и хранения.

Информация:

Личная

Массовая

Специальная

Важным является то, что независимо от природы и способов получения информация обладает четырьмя общими свойствами: её можно создавать, хранить, обрабатывать и передавать.

Виды и меры информации:

Синтаксический.

Семантический.

Прагматический.

Синтаксическая информация формально отображает структурные характеристики информации и не затрагивает их смыслового содержания. Такую информацию называют данными, так как при этом не имеет значения смысловая сторона. Данные – это факты, признаки, наблюдения, фиксирующие результат или ход процесса. Они могут быть представлены в числовом, буквенном, графическом изображении и других, то есть это продукт, подлежащий переработке в целях обеспечения информационных задач.

Количество информации I—это степень уменьшения неопределенности после получения сообщения в виде некоторого сигнала, которая определяется как разность неопределенности до и после получения сообщения.

I=H(α)-H(β)

H(α) – мера неопределённости информации о системе (предварительные сведения).

H(β) – мера неосведомленности после получения информации.

Семантическая информация характеризует смысловое содержание сообщения.

Количество информации I_с– объём сведений, используемых в процессе решения задач.

I_c=C*V_D

С—коэф. содержательности (относительная мера колич. сем. инф.); V_D—объём данных (количество символов).

Прагматическая информация отображает отношение информации и её потребителя, соответствие информации цели управления, которая на её основе реализуется. Прагматический аспект связан с рассмотрением её ценностей.

Понятие Тезауруса.

Тезаурус - это совокупность сведений, которыми располагает пользователь или система в конкретной предметной области.

Максимальное количество семантической информации потребитель приобретает при согласовании её смыслового содержания с его тезаурусом.

Количество семантической информации в сообщении, то есть количество новых знаний, полученных пользователем, является величиной относительной.

Зависимость количества семант. инф., воспринимаемой потребителем, от его тезауруса c=f(S_p):

S_p0—пользователь не понимает поступающую инф.

S_port—поступ. инф. полностью соответствует тезаурусу.

S_pmax—пользователь всёзнает в данной области и поступающая инф. нов. сведений для него не несёт.

Понятие системы счисления.

Позиционная система счисления – это упорядоченный набор символов, заданных алфавитом. Число символов или цифр алфавита называют основанием системы.

Перевод целых чисел.

Из 10-чной в q-ю. Выделяют 3 способа перевода:

1.деление на основание новой с.с. (q)—исходное число Х и последующие полученные частные делят на q до получ. частного, меньше q; получ. остатки явл. разрядами числа в q-й с.с.; последнее частное явл. старшим разрядом нов. числа, последний остаток—вторым, перв. ост.—последним:

2.метод подразрядного «взвешивания»;

Перевод дробных чисел.

Из 10-чной в q-ю.

Исх. число Х (дробное, дестичное) и получаемые дроби последовательно умножаем на q до получ. дробной части, равной 0 (при точном переводе) или до получ. нужного колич. цифр в q-й записи числа (при переводе с заданной точностью). Число Х в q с.с. образ. как последовательность целых частей произведений.

Х₁₀=0,875; q=2.

—дробная часть без 1 равна 0.

.

При переводе дробных чисел, содерж. знаменатель, кратный степени двойки, числитель переводится по правилу для целых чисел, а затем точка переносится на n разрядов влево (n—степень двойки, кот. кратен знаменатель):

.

Перевод смешанных чисел.

Информация и данные.

Данные – это конкретная реализация информации. Они могут быть представлены в числовом, графическом или символьном виде. Данные становятся информацией только при решении конкретной проблемы, то есть в ходе их потребления.

Превращение данных в информации осуществляется потребителем на основе собственной информационной модели. Информационная модель объекта – совокупность характеристик объекта вместе с числовым или иным значением.

Системы связи.

Системы управления.

Для хранения графической информации в двоичной системе используется растровое представление. Изображение представляется в виде матрицы, состоящей из квадратных областей, то есть точек или пикселей. Любой цвет может быть представлен в виде суммы 3 цветов: зеленого, синего и красного.

Информация о внешнем мире поступает через органы чувств в огромных количествах. Часть мозга, которую условно называют процессором восприятия, постоянно без участия сознания перерабатывает её, сравнивая с прошлым опытом, и помещает в хранилище в виде звуковых, зрительных и прочих образов.

Любые значимые или внезапные изменения в окружении привлекают наше внимание, и тогда интересующая нас информация поступает в кратковременную память. Если наше внимание не было привлечено, то информация пропадает, замещаясь следующей.

Извлечение информации обычно связано с изменением во времени значений некоторой величины, характеризующей состояние источника информации. Сообщение можно представить в виде функции времени. Эта функция может быть двух видов: аналоговой или дискретной.

Аналоговая функция представляется в виде непрерывного ряда вещественных значений физической величины в диапазоне времени.

Дискретная функция на любом конечном отрезке или интервале принимает конечное число различных значений.

Искажающие факторы.

1) Затухание —относительное уменьшение амплитуды или мощности сигнала при передаче по каналу связи (Р—выходная и входная мощность сигнала).

2) Ограниченность полосы пропускания —характеристика, определяющая диапазон частот, которые передаются по каналу связи без значительных искажений.

3) Задержка.

4) Шумы.

5) Пропускная способность линий (бит/сек.) характеризует максимально возможную скорость передачи данных по линии связи. Пропускная способность зависит от АЧХ (амплитудно-частотная характеристика).

Передача данных:

Модуляция.

Кодирование.

Инфрокрасные лучи.

Коаксиальный кабель. Представляет полный цилиндр-проводник, внутри вложен второй, изолированный проводник. Коаксиальный кабель меньше подвержен воздействию интерференции и перекрестных помех, поэтому он используется при прокладке линии связи на больших расстояниях.

Волоконно-оптический кабель. Состоит из волокон диаметром в несколько микрон, окруженных твердым покрытием и помещенных в защитную оболочку. Средой распространения сигнала является свет. Источник сигнала – светодиод. Этот диод является монохромным. Позволяет организовывать несколько каналов. Такой кабель более помехозащищенный, имеет меньший вес, более низкое затухание сигнала, намного более низкое излучение, как следствие всего этого, позволяет передавать информацию с высокой скоростью (10 мегабит и выше); большая цена и сложный монтаж.

Радиолинии:

Импульсно-кодовая модуляция (PCM-pulse code). Дискретизация происходит с определённой частотой цифрового сигн., которая определяется из расчёта не менее чем в 2 раза выше верхней границы полосы аналогового сигн.

Будем рассматривать кодирование, как представление дискретных сообщений в виде некоторых комбинаций, составленных по определенным правилам из определенного числа символов, то есть элементов кода. Число различных элементов, из которых составляется комбинация называется основанием кода q.

Общее количество кодовых комбинаций можно определить по формуле: ^.

Общие требования к кодированию:

1) Среднее число символов, приходящихся на единицу сообщения, должно быть минимальным. Такое требование при отсутствии помех приводит к выигрышу в скорости передачи сообщения, а также позволяет сократить затраты памяти на хранение сообщения. Такое кодирование называется безызбыточным или оптимальным.

Типы кодов: 1. Безызбыточные (первичные)—не обладают помехоустойчивостью и не позволяют обнаруживать ошибки. 2. Избыточные (корректирующиеся). Коды, формирующие кодовые комбинации (КК) различной длины—неравномерные, одинак. длины—равномерные. В блочных кодах КК кодир. и декодир. независимо др. от др. В разделимых кодах роли разрядов КК разграничены; в неразделимых—равноправны.

Исправление ошибок.

При передачи по каналу связи требуется устранение избыточности в связи с пропускной способностью. Устранение избыточности—эффективное кодирование. Устранять избыточность можно с помощью статистического и вероятностного кодирования.

В основе обоих способов лежит метод, заключающийся в том, что часто встречающимся символам ставят в соответствие более короткие КК. Можно сокращать среднее число двоичных символов, приходящихся на один симв. исходного алфавита и, при отсутствии помех, увеличивать скорость передачи.

Метод Шеннона-Фано.

1.Буквы алфавита сообщения выписываются в столбец в порядке убывания их вероятностей;

2.они разделяются на две группы так, что-бы суммы вероятностей в кажд. из них были по возможности одинаковы; разбиение происходит, пока в кажд. из групп не останется по одному сообщению;

Метод Хаффмана.

1.симв. выписываются в столбцы по убыванию вероятности;

2.два нижних символа объединяются в один с суммарной вероятностью; верхнему симв. этой пары ставится в соответствие 1, нижнему—0;

В посл. стл. содержатся 2 симв. Тому из них, кот. с большей вероятностью—1, др.—0. По аналог. принципу присваиваем 0 и 1 двум объединённым симв. в предпосл. стл. Продолжаем процесс до возвр. в исходный стл.

Xi	P(Xi)
X1	0.22	0.22	0.22	0.26	0.32	0.42	0.58(1) 0.42(0)
X2	0.2	0.2	0.2	0.22	0.26	0.32(1) 0.26(0)
X3	0.16	0.16	0.16	0.2	0.22(1) 0.20(0)
X4	0.16	0.16	0.16	0.16(1) 0.16(0)
X5	0.1	0.1	0.16(1) 0.10(0)
X6	0.1	0.10(1) 0.06(0)
X7	0.04(1) 0.02(0)
X8

X₁=01; X₂=00; X₃=111; X₄=110; X₅=100; X₆=1011; X₇=10101; X₈=10100.

Сжатие данных.

Способы передачи инф.

1.Синхронный—темп выдачи инф. определяет источник (с помощью импульсов синхронизации); приёмник принимает инф. в таком-же темпе; если не успевает—инф. теряется (быстродействие данной сист. должно рассчитываться исходя из наихудшей работы приёмника).

Ассинхронный—обмен осуществляется с помощью механизма обратной связи (в его основе лежит квантирование—подтверждение получения каждой порции инф.); интервал времени передачи/приёма будет переменным и определятся разл. способами.

Простота програмирования.

Недостатки:

1. необходимость ручной коммутации блоков;

Низкая точность.

На ЭВМ возлагаются задачи реал. времени (бортовые устройства).

Неограниченная точность.

Поколения ЭВМ.

Показатель	1.(1951-54)	2.(58-60)	3.(65-76)	4.	5.(?)
А.(76-79)	Б.(85-…)
Элементная база процессора	Электр. лампы	транзисторы	Интегр. схемы	Большие и.с.	Сверхбольшие и.с.	+оптоэлектроника; +криоэлектроника
Элементная база ОЗУ	Эл.-луч. трубки	Ферритовые сердечники	СБИС
Max ёмкость ОЗУ, байт	10^2		10^4	10^5	10^7	10^8(?)
Max быстродействие процессора (оп./сек.)	10^4	10^6	10^7	10^8	10^9	10^12
Языки програм.	Машинный код	+ассемблер	+процедурные языкм высок. ур. (ЯВУ)	+нов. ЯВУ	непроцедурн. ЯВУ	Нов. непроц. ЯВУ
Средства связи пользователя с ЭВМ	Пульт упр. или перфокар-ты	Перфокарт. или перфоленты	Алф.-цифровой терминал	Монохромн. графич. дисплей. «клава»	Цветн.+граф. дисплей, «клава», мышь	Устройства голосовой связи

Принципы организации ЭВМ.

При описании принципов работы ЭВМ использ. 2 компьютерных понятия:

1. Архитектура—совокуп. средств комп., которые существенны для пользователя (логическое построение, перечень команд, формат, форма предст. дан.);

Адрес—номер ячейки.

Представление инф в ЭВМ.

Регистр (рег.)—устройство для хранения одного машинного слова. Его осн. хар.-ка—разрядность (число 0 и 1, кот. он может хранить). Говоря о регистровой модели, подразумевают регистр процессора, хотя они есть и в др. устр.

Система команд.

Тактовые сигналы процессор получ. от материнской платы. В отличие от процессора, кот. есть кристалл Si, устройство получения тактов есть набор микросхем (с тактовой частотой V=100-133 МГц). Для получ. более высокого быстродейств. т.ч. нужно перемножать. Это происходит в процессоре. Чем выше коэф. умножения, тем сложнее его реализовать (в наст. вр. V 36ГГц). Быстродейств. определяется не только т.ч., но и самой архитектурой (наличием суперскалярной архитектуры). Суперскал. арх.—арх. вычислительного ядра, использующая несколько потоков команд, кажд. из кот. может нагружать работой отдельные блоки.

Форматы целых чисел в ЭВМ.

Мантисса 10101

Знак порядка 0

Порядок 101

Машинные информаторы вещественных чисел:

В различных алгоритмических языках принятые стандарты описываются разными ключевыми словами. Например, в Паскале определены следующие форматы вещественных чисел:

Название типа	Длина в байтах	Мантисса десятичных чисел (колич. значащих чисел)	Диапазон десятичного порядка (от-до)
Single		7…8	(-45)-(+38)
Real		11…12	(-39)-(+38)
Double		15…16	(-324)-(+308)

Во всех типах мантисса хранится в прямом коде. Порядок или экспонента задается в смещенной форме. Смещение выбирается таким образом, чтобы порядок был целым положительным числом. В этом случае не требуется хранить его знак. Например для real смещение равно 129, для single 127, для double 1023. Соответственно смещенный порядок Е определяется по формуле (П-истинный порядок).

Мантисса хранится в прямом коде в следующем виде: d₀.d₁d₂… (d₁d₂… реально хранится в памяти).

.

Особые случаи:

Хранение чисел в памяти:

Х=-21=-10101₂=-0.10101∙2⁺⁵=-1.0101*2⁺⁴ [ S=1(-21<0);

M=0101 (первая 1—скрытый бит); E=+4+127=131₁₀=10000011₂ ]

Элементы Булевой алгабры.

Б. алг. оперирует двумя понятиями—истина(1) и ложь(0). Базовые операции Б. алг.:

1. и (˄)—конъюнкция;

2. или—дизъюнкция;

3. не;

4. «сложение по модулю 2» (⊕);

5. эквивалентность;

6. следствие;

Базовые законы Б. алг.:

1. —операции с константами;

2. —идемпотентность;

3. —двойное отрицание;

4. —коммутативность;

5. —поглощение;

6. —законы де-Моргана;

7. —ассоциативность;

8. —дистрибутивность.

Файловые системы:

Файловые системы – часть ОС, назначение которой состоит в том, чтобы обеспечивать пользователю удобный интерфейс при работе с данными, хранящимися на носителе информации, а также обеспечить возможность совместного использования файлов несколькими пользователями и процессорами.

Типы файловых систем:

1) Дисковые ФС;

2) Запись-ориентированные ФС;

3) Распределенные ФС;

4) Шифрованные ФС;

5) ФС специального назначения;

Понятие ФС включает в себя:

1) Совокупность всех файлов на диске;

2) Набор из структурных данных, используемый для хранения файлов (каталоги, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства);

3) Комплекс системных программных средств, реализующих управление файлами (созд., удал., измен., поиск…).

ОС использует единицу дискового пространства, называемого кластером. Кластер – совокупность из нескольких секторов. Дорожки и секторы создаются в результате физического (низкоуровневого) форматирования, кластеры—в результ. высокоур. форматир.

ФС S5 (system) (другое название – UFS) – первая файловая система, разработанная с использованием языка программирования высокого уровня. Архитектура данной ФС – древовидная структура в виде ориентированного графа. Глобальное использование концепции файлов: все объекты представлены в виде файлов, в том числе внешние устройства. Файл с точки зрения Unix – специальным образом именованный набор файлов, размещенный в файловой системе.

Виды файлов:

Обычные файлы или данные

Каталоги

Используется трехуровневая иерархия пользователей: 1) все пользователи 2) группы пользователей 3) конкретный пользователь. Регламентируется 3 действия: чтение, запись, выполнение RWX (read, write, execute)

Синхронизация при параллельном доступе к файлу:

UFS использует простой подход к управлению доступом: любому количеству пользователей разрешается параллельно осуществлять доступ к одному и тому же файлу в любом режиме (чтение, запись, выполнение). Контроль доступа осуществляется пользовательскими процессами. Начиная с файловой системы S4, появились средства синхронизации параллельного доступа. Синхронизация была возможна в пределах потока одного и того же процесса.

Физическая организация ФС S5:

Физическая организация файловой системы UFS делит всё дисковое пространство на 3 категории:

ФС NTFS.

Особенности:

1) Специально создана для ОС windows;

2) Поддерживает транзакции;

3) Все данные хранятся в файлах;

4) Поддержка 64 битных указателей;

5) Поддержка имени до 255 символов;

6) Поддержка сжатия;

7) Поддержка шифрования;

8) Устойчивость отказа;

Запись MFT. В этой записи хранится имя файла, размер на диске и положение на диске нескольких первых фрагментов файла. Если размер файла такой, что одной записи MFT недостаточно для того, чтобы обрисовать все его фрагменты, то могут быть использованы дополнительные MFT записи, причем, необязательно расположенные подряд.

2) Второй необязательный элемент – потоки данных. Файл может не иметь данных вообще. В этом случае на него не расходуется пространство диска. Если объем данных небольшой (100байт), тогда все его данные будут храниться прямо в MFT. Файлы в NTFS имеют абстрактное строение, то есть у них нет как таковых данных, а есть streams (поток). Потоками файла являются, например, его атрибуты. Использование подобной абстракции позволяет, например, прикрепить к файлу дополнительные потоки, например, атрибуты: автор, содержание. Поэтому при удалении файла нулевого размера может освободиться пространство в несколько гигабайт.

Технология программирования—вся область деятельности по проектированию и разработке ПО, в том числе:

1. технология проектирования прогр.;

2. методы тестирования прогр.;

3. анализ качества работы прогр.;

4. разработка средств проектирования ПО;

Документирование ПО.

Классы ПО:

1. системное (СПО)—совокуп. прогр. и программных комплексов, которые обеспечивают работу ЭВМ и их сетей (основа—операционная система (ОС));

2. прикладное (общее—ОПО);

Понятие прерывания.

Алг. и его св-ва.

Информация – сведения, уменьшающие неопределённость.

Информатика включает в себя следующие разделы современных знаний: