Тема 1. Информация, ее представление и использование

Тема 1.Информация, ее представление и использование

Цели и задачи

Рассматриваются теоретические основы информатики. Изучаются понятия информации с точки зрения различных научных подходов. Обращается внимание на вычисление количества информации. Описываются носители информации – данные. Определяются информационные процессы и системы.

Цель темы – познакомить студентов с теоретическими основами информатики, использующими понятия информации, информационных процессов и систем.

Задачи темы:

· Познакомиться с различными подходами к определению понятия информации.

· Изучить методы вычисления количества информации на основе вероятностного и объемного подходов.

· Получить представление об информационных процессах сбора, передачи, обработки и накопления информации.

· Познакомиться с понятием информационной системы и современными информационными технологиями.

Содержание

Тема 1.Информация, ее представление и использование...................... 1

1.1 Понятие информации...................................................................... 2

1.2 Информация в философии.............................................................. 2

1.3 Информация в математике............................................................. 3

1.4 Информация в системотехнике....................................................... 4

1.5 Информация в экономике............................................................... 4

1.5.1 Классификация экономической информации.......................... 5

1.6 Свойства информации..................................................................... 6

1.7 Количество информации: вероятностный и объемный подходы... 8

1.7.1 Вычисление количества информации...................................... 8

1.8 Данные............................................................................................ 9

1.9 Информационные процессы и их модели................................... 10

1.9.1 Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации.............................................................................................. 10

Сбор информации.......................................................................... 10

Накопление информации............................................................... 10

Передача информации................................................................... 11

Обработка информации................................................................. 12

1.10 Информационные системы и технологии................................... 13

1.10.1 Понятие информационной системы..................................... 13

1.11 Современные информационные технологии............................. 14

1.12 Выводы........................................................................................ 15

1.13 Вопросы для самопроверки........................................................ 15

Библиография.............................................................................. 16

 

Понятие информации

Термин "информация" происходит от латинского слова "informatio", что означает сведения, разъяснения, изложение.

Понятие информации является основным понятием, базисом информатики. Как всякое базисное, фундаментальное понятие его невозможно определить точно.

Можно использовать интуитивные представления, давать иллюстрирующие примеры. Так, в учебнике по информатике [1] предлагается следующая характеристика: информация – это взаимодействие данных и метода их обработки. Правда, термины данные и метод их обработки описываются заранее. Данными служат зарегистрированные сигналы, сообщения, измерения. А с методом связывают алгоритмы обработки, хранения и передачи данных.

В различных науках имеются свои, не противоречащие друг другу, но, тем не менее, различные подходы к термину информация. Рассмотрим эти подходы подробнее.

 

Информация в философии

Философия как форма общественного сознания понимает под информацией одно из основных свойств объективного мира, которое связано с наличием в нем информационных процессов. Под информационным процессом здесь понимают самые различные процессы:

▪ общение людей друг с другом,

▪ приспособление живых организмов к меняющимся условиям существования,

▪ познание мира человеческим мозгом,

▪ работу автоматизированных систем управления,

▪ и многое другое.

С помощью понятия информации удалось найти общие закономерности в столь различных процессах. Здесь уместно сравнение с понятием энергии, которое смогло найти общие закономерности в различных физических процессах. Целесообразно выделять внутреннюю и внешнюю информацию об объекте. Внутренняя информация характеризует степень организованности объекта. Иначе говоря, любой объект имеет в себе столько информации, сколько ее необходимо внести, чтобы последний смог прейти из некоторого беспорядочного состояния в данное, организованное состояние. Например, информация, заключенная в человеческом организме, составляет колоссальную величину порядка 10²⁶ бит (бинарный информационный терм). Связано это с совершенно невообразимым числом элементов, из которых состоит человеческий организм, и огромным числом функций, которые могут быть реализованы ими в самых разнообразных, заранее неизвестных вариантах.

Внешняя информация связана с отношением объектов друг с другом. Это информация об одном объекте, содержащаяся в другом объекте. Она возникает тогда, когда один объект является своего рода отражением другого объекта. Между объектами неживой природы внешняя информация является потенциальной, не имеющей сигнального значения. Это значит, что взаимодействие таких объектов не является фактором их существования. Объекты живой природы имеют актуальную внешнюю информацию. Теперь информация приобретает сигнальное значение, она становится фактором существования, поведения живых объектов.

Информация в математике

Математика как наука о числах обращает внимание на вычисление количества информации. Здесь существуют два подхода в следующих областях:

· теория информации,

· теория статистического оценивания.

Необходимость измерения количества информации хорошо иллюстрируется следующим примером. Равенство

a=b

дает полную информацию о переменных a, b, а равенство

a²=b²

дает неполную информацию о переменных a, b, так как они могут быть одинаковых или разных знаков.

В теории статистического оценивания также приходится обращаться к понятию информации. Понятие информации в статистике было введено Р. Фишером. Пусть для примера x₁ ,..., x_N – результаты независимых наблюдений некоторой случайной величины Х. Тогда существуют достаточные статистики – неслучайные функции, несущие всю информацию о Х. Заслугой Фишера было введение меры количества информации относительно Х, которое содержится в одном наблюдении x_i.

Для точного описания информации по Фишеру требуется большое число дополнительных понятий из статистики. Поэтому не будем больше останавливаться на этом вопросе.

 

Информация в системотехнике

Системотехника как наука о системах связывает информацию с мерой организации системы, которая может находиться в различных состояниях. К понятию состояния системы следует подходить аккуратно, учитывая особенности системы, правила ее работы. Об этом еще в 60-х годах предупреждал известный специалист в области системотехники Л. Заде.

Система рассматривается как «черный ящик», для которого известны входыи выходы. Зная входы и выходы системы, можно построить ее характеристику вход-выход. Для этого нужно знать, какому входу соответствует какой выход. Если число входов и выходов конечно, то эту характеристику можно описать с помощью таблицы из нулей (вход и выход не связаны) и единиц (вход и выход связаны).

Число единиц K в таблице вход-выход является важной характеристикой системы. Если задано число К, то можно определить, сколько состояний будет иметь система. В общем случае число возможных состояний системы с N входами, M выходами и K единицами в таблице вход-выход определяется числом сочетаний из MN по K, которое обозначим следующим образом . Оно определяет неопределенность системы при ее построении. Чем больше возможных состояний, тем больше вариантов может представить система при своем функционировании за счет выбора требуемых состояний. Неопределенность системы непосредственным образом связана с информацией. Количество информации, получаемое при этом, будет рассчитано ниже.

 

Информация в экономике

Специалист экономического профиля всегда имеет дело с информацией о состоянии предприятия, фирмы, организации. Например, при решении задач планирования он должен учитывать сведения, получаемые при изучении рынка продаж производимого на фирме продукта, параметры производства и многое другое.

Данные, поступающие на обработку в экономические службы, позволяют получить новые сведения, которые сопровождают процессы производства, распределения, обмена и потребления материальных благ и услуг. А это означает, что они несут информацию, которую в рассматриваемом частном случае следует считать экономической информацией [2].

Экономическая информация – совокупность новых сведений, отражающих социально-экономические процессы и служащих для управления этими процессами и коллективами людей в производственной и непроизводственной сфере.

Экономическая информация характеризуется:

Ø большими объемами,

Ø многократным повторением циклов ее получения и преобразования в установленные временные периоды (месяц, квартал, год, и т.д.),

Ø многообразием источников и потребителей,

Ø значительным весом рутинных процедур при ее обработке.

Свойства информации

Основные свойства информации:

· репрезентативность;

• полнота;
• адекватность, точность;
• достоверность;
• ценность;
• понятность;
• доступность (интерпретатору);
• ясность;
• актуальность;
• объективность;
• краткость
• и другие.

Репрезентативность информации связана с правильностью ее отбора и формирования с целью адекватного отражения свойств объекта. Важнейшее значение здесь имеют:

· правильность концепции, на базе которой сформулировано исходное понятие;

· обоснованность отбора существенных признаков и связей отображаемого явления;

Нарушение репрезентативности информации приводит нередко к существенным ее погрешностям.

Информацияполна, если её достаточно для понимания и принятия решений. Как неполная, так и избыточная информация сдерживает принятие решений или может повлечь ошибки.

Адекватность ( точность ) информации - это степень соответствия информации реальному объективному состоянию дела, соответствие информации отображенному объекту, процессу, явлению и т.п.. Неадекватная информация может образоваться при создании новой информации на основании неполных или недостоверных данных, или при использовании неадекватных методов.

Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел. Недостоверная информация может привести к неправильному пониманию или принятию неправильных решений.

Достоверная информация со временем может стать недостоверной, так как она обладает свойством устаревать, то есть перестаёт отражать истинное положение дел.

Ценность информации зависит от того, насколько она важна для решения задачи, а также от того, насколько в дальнейшем она найдёт применение в каких-либо видах деятельности человека.

Информация становится понятной, если она выражена языком, на котором говорят те, кому предназначена эта информация.

Информация должна преподноситься в доступной (по уровню восприятия) форме. Поэтому одни и те же вопросы по-разному излагаются в учебниках и научных изданиях.

Актуальность информации - это степень соответствия информации текущему моменту. Только своевременно полученная информация может принести ожидаемую пользу. Одинаково нежелательны как преждевременная подача информации (когда она ещё не может быть усвоена), так и её задержка.

Объективность и субъективность информации. Понятие объективности информации является относительным. Например, одни и те же события в исторических документах разных стран выглядят по-разному. У историков есть методы для тестирования объективности исторических данных и создания новых более достоверных. При этом повышается не объективность, а достоверность.

Информацию по одному и тому же вопросу можно изложить кратко (сжато, без несущественных деталей) или пространно (подробно, многословно). Краткость информации необходима в справочниках, энциклопедиях, учебниках, всевозможных инструкциях.

Данные

Для практического использования требуется систематизированная, предварительно подготовленная информация. Такаяинформация представлена в компьютере данными. Когда говорят о подготовке информации, часто подразумевают представление ее в определенном формате данных. Например, может идти речь о данных в текстовом редакторе MS Word, табличном процессоре MS Excel, в системе управления базами данных MS Access и др.

В информационных системах термин данные имеет три различных значения:

Ø Данные – как объекты, отличные от команд.

Ø Данные – как входные данные в противоположность результатам, или выходным данным.

Ø Данные– как текст, числа или изображения.

Архитектура данных показана на рис.2.1. В ней отражена динамика переходов данных от двоичного разряда (бита – бинарного информационного терма) до файла как поименованной совокупности машинных слов, состоящих из целого числа байт (восемь бит).

 

Рис.2.1 Архитектура данных

 

Таким образом, информация и ее носители - данные являются главными объектами хранения, передачи и обработки.

 

Сбор информации

Процесс сбора информации является самым первым процессом информационной системы, так как с него начинается функционирование многих алгоритмов обработки информации. Он включает:

Ø измерение параметров производственных объектов;

Ø организацию измеренных параметров в виде данных, понятных компьютеру:

o приведение данных к стандартному виду,

o кодирование данных,

o ввод данных в компьютер;

Ø первичную обработку данных для исключения ошибок, сортировки по разным критериям и др.

Измерение параметров производственных объектов осуществляется различными способами. Один из наиболее распространенных способов связан с оценкой параметра в виде числа, текста или изображения. Такой параметр может быть введен в компьютер с клавиатуры или с помощью сканера. Специальные сервисные программы приводят введенный параметр к стандартному виду, осуществляют кодирование, готовя его к обработке.

Другой способ измерения связан с регистрацией параметра в виде измерительного сигнала. Тип регистрирующего устройства зависит от вида измеряемого параметра. Носителями сигналов могут выступать звук, свет, электрический ток и т.д. Обычно все виды сигналов приводятся к стандартным электрическим сигналам, которые с помощью аналого-цифровых преобразователей вводятся в компьютер в виде машинных кодов.

Накопление информации

Процесс накопления, или хранения информации осуществляется в памяти компьютера в виде данных. Носителями данных в компьютере служат:

Ø магнитные ленты;

Ø магнитные диски;

Ø оптические диски;

Ø микросхемы.

Организация хранения на машинных носителях может быть либо в виде массивов, либо в базах данных. Последние строятся по определенным правилам, позволяющим избегать ненужной избыточности информации, возможных коллизий при редактировании данных и т.д.

Информационные технологии, основанные на базах данных, предполагают четкое разделение данных и приложений. Данные централизованно хранятся в базе данных, и любое приложение обращается к ней, выбирая необходимые ему в конкретный момент времени требуемые данные (рис.2.2).

 

Блоки Обработка 1, …, Обработка N обращаются к базе данных для того, чтобы на основании входных документов ВхДок получить выходные документы ВыхДок. С помощью Меню выбирается нужный режим обработки данных. Так выглядит технология современного процесса хранения данных в информационных системах.

Передача информации

 

Процесс передачи информации может осуществляться

Ø вручную,

Ø транспортом,

Ø почтой,

Ø по каналам связи.

Первые три способа передачи информации очевидны. Следует только отметить, что передаваемая информация хранится на дискетах или оптических дисках. Именно эти носители информации передаются указанными тремя способами.

Для передачи информации по каналам связи используется специальное оборудование, позволяющее компьютеру автоматически принимать и передавать данные. Осуществляется обмен данными между удаленными объектами. Одним из устройств связи является модем. Он позволяет преобразовать цифровые коды компьютера в переменный ток звуковой частоты (модуляция) и обратное преобразование переменного тока в цифровые коды (демодуляция). Отсюда следует название устройства модем – модулятор/демодулятор.

При увеличении числа компьютеров происходит превращение сетей передачи данных в информационно-вычислительные сети. Примером глобальной информационной сети служит Интернет.

Обработка информации

Процесс обработки информации – самый ответственный процесс информационной системы. В нем из исходных данных получаются результирующие данные, ради которых и строятся информационные системы. Процесс обработки информации можно рассматривать с двух точек зрения:

Ø пользовательской,

Ø машинный.

Организация обработки информации с машинной точки зрения предполагает использование последовательно-параллельного принципа решения задач. При этом единицей обработки служит задание.

Задание представляет собой замкнутый программный блок с определенными входными и выходными данными. Задания формируются в Источнике заданий, откуда по запросам процессорной части системы они выбираются на обработку. Последовательность запросов к заданиям определяется взаимозависимостью заданий, которая показывает, как результаты одного задания используются в других заданиях. Следовательно, в Процессорной части системы реализуется граф обработки информации. За правильностью движения по такому графу следит специальная программная система диспетчирования. Для оптимальной организации процесса диспетчирования в систему вводятся Накопители. Схема обработки информации показана на рис.2.3.

Рис.2.3. Система обработки информации

Система диспетчирования состоит из двух диспетчеров Диспетчер 1 и Диспетчер 2, которые формируют очередь заданий в Накопителях из Источника заданий. Каждое задание обрабатывается в Процессорной части системы обработки информации.

С пользовательской точки зрения обработка информации связана с рассмотрением вопросов алгоритмизации и программирования, использования компилирующих и интерпретирующих сред, локальных и глобальных вычислительных систем и многие другие. Эти вопросы более подробно будут рассмотрены в теме алгоритмизация и программирование.

 

Выводы

1. Информация – это новые сведения, которые получает приемник информации.

2. Количество информации можно вычислить на основе вероятностного подхода или на базе системотехнических положений.

3. Носителями информации служат данные.

4. Данные образуют файлы: исполняемые, текстовые, числовые и др.

5. Информационные процессы включают сбор, передачу, обработку и хранение данных, в которых содержится информация.

6. Информационная система – это пользователи, аппаратные и программные средства, реализующие информационную технологию выполнения установленных функций.

7. Современные информационные технологии предполагают распределенную обработку данных, выполняемую на независимых, но связанных каналами связи компьютерах.

8. Интеллектуальные информационные технологии позволяют тиражировать профессиональный опыт для решения сложных научных, производственных и экономических задач.

Вопросы для самопроверки

1. Как определяется информация в философии.

2. Как определяется информация в математике.

3. Как определяется информация в системотехнике.

4. Что является носителем информации.

5. Что такое бит.

6. Что такое байт.

7. Что такое файл.

8. Что включает информационный процесс сбора информации.

9. Какие известны носители данных в компьютерах.

10. Какие известны способы хранения данных.

11. Какие известны способы передачи данных.

12. Что является единицей машинной обработки данных.

13. Что такое информационная система.

14. Как реализуется технология искусственного интеллекта.

Библиография

1. Симонович С.В., Евсеев Г.А., Мураховский С.И. и др. Информатика. Базовый курс /Под ред. Симоновича С. И. и др. – СПб.: Изд-во «Питер», 1999. – 640 с.

2. Информатика: Учебник – 3-е переработанное изд./ Под ред. Проф. Н.В. Макаровой. – М.: Финансы и статистика, 2003. – 768 с.

3. Г.В. Алехина. Информационные технологии в экономике и управлении. - М.: МЭСИ, 2002

4. Экономическая информатика: Учебник / Под ред. В.П. Косарева. – 2-е изд., переработанное и дополненное – М.: Финансы и статистика, 2005. – 592 с.

 

Тема 1.Информация, ее представление и использование

Цели и задачи

Рассматриваются теоретические основы информатики. Изучаются понятия информации с точки зрения различных научных подходов. Обращается внимание на вычисление количества информации. Описываются носители информации – данные. Определяются информационные процессы и системы.

Цель темы – познакомить студентов с теоретическими основами информатики, использующими понятия информации, информационных процессов и систем.

Задачи темы:

· Познакомиться с различными подходами к определению понятия информации.

· Изучить методы вычисления количества информации на основе вероятностного и объемного подходов.

· Получить представление об информационных процессах сбора, передачи, обработки и накопления информации.

· Познакомиться с понятием информационной системы и современными информационными технологиями.

Содержание

Тема 1.Информация, ее представление и использование...................... 1

1.1 Понятие информации...................................................................... 2

1.2 Информация в философии.............................................................. 2

1.3 Информация в математике............................................................. 3

1.4 Информация в системотехнике....................................................... 4

1.5 Информация в экономике............................................................... 4

1.5.1 Классификация экономической информации.......................... 5

1.6 Свойства информации..................................................................... 6

1.7 Количество информации: вероятностный и объемный подходы... 8

1.7.1 Вычисление количества информации...................................... 8

1.8 Данные............................................................................................ 9

1.9 Информационные процессы и их модели................................... 10

1.9.1 Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации.............................................................................................. 10

Сбор информации.......................................................................... 10

Накопление информации............................................................... 10

Передача информации................................................................... 11

Обработка информации................................................................. 12

1.10 Информационные системы и технологии................................... 13

1.10.1 Понятие информационной системы..................................... 13

1.11 Современные информационные технологии............................. 14

1.12 Выводы........................................................................................ 15

1.13 Вопросы для самопроверки........................................................ 15

Библиография.............................................................................. 16

 

Понятие информации

Термин "информация" происходит от латинского слова "informatio", что означает сведения, разъяснения, изложение.

Понятие информации является основным понятием, базисом информатики. Как всякое базисное, фундаментальное понятие его невозможно определить точно.

Можно использовать интуитивные представления, давать иллюстрирующие примеры. Так, в учебнике по информатике [1] предлагается следующая характеристика: информация – это взаимодействие данных и метода их обработки. Правда, термины данные и метод их обработки описываются заранее. Данными служат зарегистрированные сигналы, сообщения, измерения. А с методом связывают алгоритмы обработки, хранения и передачи данных.

В различных науках имеются свои, не противоречащие друг другу, но, тем не менее, различные подходы к термину информация. Рассмотрим эти подходы подробнее.

 

Информация в философии

Философия как форма общественного сознания понимает под информацией одно из основных свойств объективного мира, которое связано с наличием в нем информационных процессов. Под информационным процессом здесь понимают самые различные процессы:

▪ общение людей друг с другом,

▪ приспособление живых организмов к меняющимся условиям существования,

▪ познание мира человеческим мозгом,

▪ работу автоматизированных систем управления,

▪ и многое другое.

С помощью понятия информации удалось найти общие закономерности в столь различных процессах. Здесь уместно сравнение с понятием энергии, которое смогло найти общие закономерности в различных физических процессах. Целесообразно выделять внутреннюю и внешнюю информацию об объекте. Внутренняя информация характеризует степень организованности объекта. Иначе говоря, любой объект имеет в себе столько информации, сколько ее необходимо внести, чтобы последний смог прейти из некоторого беспорядочного состояния в данное, организованное состояние. Например, информация, заключенная в человеческом организме, составляет колоссальную величину порядка 10²⁶ бит (бинарный информационный терм). Связано это с совершенно невообразимым числом элементов, из которых состоит человеческий организм, и огромным числом функций, которые могут быть реализованы ими в самых разнообразных, заранее неизвестных вариантах.

Внешняя информация связана с отношением объектов друг с другом. Это информация об одном объекте, содержащаяся в другом объекте. Она возникает тогда, когда один объект является своего рода отражением другого объекта. Между объектами неживой природы внешняя информация является потенциальной, не имеющей сигнального значения. Это значит, что взаимодействие таких объектов не является фактором их существования. Объекты живой природы имеют актуальную внешнюю информацию. Теперь информация приобретает сигнальное значение, она становится фактором существования, поведения живых объектов.

Информация в математике

Математика как наука о числах обращает внимание на вычисление количества информации. Здесь существуют два подхода в следующих областях:

· теория информации,

· теория статистического оценивания.

Необходимость измерения количества информации хорошо иллюстрируется следующим примером. Равенство

a=b

дает полную информацию о переменных a, b, а равенство

a²=b²

дает неполную информацию о переменных a, b, так как они могут быть одинаковых или разных знаков.

В теории статистического оценивания также приходится обращаться к понятию информации. Понятие информации в статистике было введено Р. Фишером. Пусть для примера x₁ ,..., x_N – результаты независимых наблюдений некоторой случайной величины Х. Тогда существуют достаточные статистики – неслучайные функции, несущие всю информацию о Х. Заслугой Фишера было введение меры количества информации относительно Х, которое содержится в одном наблюдении x_i.

Для точного описания информации по Фишеру требуется большое число дополнительных понятий из статистики. Поэтому не будем больше останавливаться на этом вопросе.

 

Информация в системотехнике

Системотехника как наука о системах связывает информацию с мерой организации системы, которая может находиться в различных состояниях. К понятию состояния системы следует подходить аккуратно, учитывая особенности системы, правила ее работы. Об этом еще в 60-х годах предупреждал известный специалист в области системотехники Л. Заде.

Система рассматривается как «черный ящик», для которого известны входыи выходы. Зная входы и выходы системы, можно построить ее характеристику вход-выход. Для этого нужно знать, какому входу соответствует какой выход. Если число входов и выходов конечно, то эту характеристику можно описать с помощью таблицы из нулей (вход и выход не связаны) и единиц (вход и выход связаны).

Число единиц K в таблице вход-выход является важной характеристикой системы. Если задано число К, то можно определить, сколько состояний будет иметь система. В общем случае число возможных состояний системы с N входами, M выходами и K единицами в таблице вход-выход определяется числом сочетаний из MN по K, которое обозначим следующим образом . Оно определяет неопределенность системы при ее построении. Чем больше возможных состояний, тем больше вариантов может представить система при своем функционировании за счет выбора требуемых состояний. Неопределенность системы непосредственным образом связана с информацией. Количество информации, получаемое при этом, будет рассчитано ниже.

 

Информация в экономике

Специалист экономического профиля всегда имеет дело с информацией о состоянии предприятия, фирмы, организации. Например, при решении задач планирования он должен учитывать сведения, получаемые при изучении рынка продаж производимого на фирме продукта, параметры производства и многое другое.

Данные, поступающие на обработку в экономические службы, позволяют получить новые сведения, которые сопровождают процессы производства, распределения, обмена и потребления материальных благ и услуг. А это означает, что они несут информацию, которую в рассматриваемом частном случае следует считать экономической информацией [2].

Экономическая информация – совокупность новых сведений, отражающих социально-экономические процессы и служащих для управления этими процессами и коллективами людей в производственной и непроизводственной сфере.

Экономическая информация характеризуется:

Ø большими объемами,

Ø многократным повторением циклов ее получения и преобразования в установленные временные периоды (месяц, квартал, год, и т.д.),

Ø многообразием источников и потребителей,

Ø значительным весом рутинных процедур при ее обработке.