Кодирование информации. Единицы измерения информации

Основные понятия компьютерных информационных технологий.

 

Информационная технология - совокупность методов и программно-технических способов, объединенных в технологическую цепь, которая обеспечивает оптимизацию информационных процессов с целью уменьшения трудоемкости процессов использования информационных ресурсов, а так же повышения их надежности и оперативности.

Информационные процессы – процессы собирания, переработки и передачи информации.

Информация (от лат. informatio - объяснение, изложение) - сведения о людях, предметах, явлениях, процессах, которые используются с целью добычи знаний и принятия практических решений (сведения и данные, представленные в различных видах).

КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ. ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Основой большинства языков является алфавит - набор символов, из которых можно составлять слова и фразы.

Код – система условных знаков для передачи, хранения и обработки информации.

Двоичный код – способ представления информации с помощью двух символов – 0 и 1.

С помощью языка двоичных чисел можно закодировать любую информацию:

Например, буквы русского алфавита А -11100001, Б- 11100010, В- 11110011…,

буквы английского алфавита А- 01000001, В- 01000010, С- 01000011…,

цифры 0- 00110000, 1- 00110001, 2- 00110010, 3- 00110011 и т.д.

В форме двоичных чисел в ЭВМ записывается вся информация. Это обусловлено тем, что в ЭВМ используются элементы, имеющие два различных состояния (называемых 0 и 1). Для двоичных знаков 0 и 1 принят специальный термин - бит (bit) (от англ. binari digit - двоичный знак).

1 байт = 8 бит

1 Кб (англ. Kb) (килобайт) = 2¹⁰ байт = 1024 байт

1 Мб (англ.Mb) (Мегабайт) = 2¹⁰ Кб = 1024 Кб

1 Гб (англ.Gb) (Гигабайт) = 2¹⁰ Мб = 1024 Мб

1 Тб (англ.Тb) (Терабайт) = 2¹⁰ Гб = 1024 Гб

1 Пб (англ.Pb) (петабайт) = 2¹⁰ Тб = 1024 Тб

1 Эб (англ.Еb) (эксабайт

) = 2¹⁰ Пб = 1024 Пб

1 Зб (англ.Zb) (зеттабайт) = 2¹⁰ Эб = 1024 Эб

1 Йб (йоттабайт) = 2¹⁰ Зб = 1024 Зб

 

Также для измерения информации используются

Ниббл (англ. nibble, nybble), или полубайт — единица измерения информации, равная четырём битам, может принимать 2⁴=16 различных значений, удобна тем, что представима одной шестнадцатеричной цифрой, т. е. является одним шестнадцатиричным разрядом

Битрейт (англ. bit rate) — скорость прохождения битов информации. Битрейт принято использовать при измерении эффективной скорости передачи информации («полезной информации») по каналу. Скорость передачи информации, учитывающую полную пропускную способность канала, измеряют в бодах.

Бод (англ. baud) — единица измерения символьной скорости, количество изменений информационного параметра несущего периодического сигнала в секунду. Названа по имени Эмиля Бодо, изобретателя кода Бодо — кодировки символов для телетайпов. Зачастую, ошибочно, считают, что бод — это количество бит, переданное в секунду

Бит в секунду, бит/с (англ. bits per second, bps) — базовая единица измерения скорости передачи информации, используемая на физическом уровне сетевой модели OSI или TCP/IP.

На более высоких уровнях сетевых моделей, как правило, используется более крупная единица — байт в секунду (Б/c или Bps, от англ. bytes per second) равная 8 бит/c

 

Структура и принципы построения эффективных информационных систем.

 

Информационная система — это взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации для достижения цели управления. В современных условиях основным техническим средством обработки информации является персональный компьютер. Большинство современных информационных систем преобразуют не информацию, а данные. Поэтому часто их называют системами обработки данных.

По степени механизации процедур преобразования информации системы обработки данных делятся на системы ручной обработки, механизированные, автоматизированные и системы автоматической обработки данных.

Важнейшими принципами построения эффективных информационных систем являются следующие.

Принцип интеграции, заключающийся в том, что обрабатываемые данные, однажды введенные в систему, многократно используются для решения большого числа задач.

Функциональные подсистемы реализуют и поддерживают модели, методы и алгоритмы получения управляющей информации. Состав функциональных подсистем весьма разнообразен и зависит от предметной области использования информационной системы, специфики хозяйственной деятельности объекта, управления.

 

Структура ИС

Из определения в частности следует, что в информационной системе имеется два компонента: программное обеспечение и электронное информационное хранилище. Обратимся к рисунку 1.1, где сказанное представлено в графическом виде.

Любая информационная система рассчитана на использование ее в какой-либо профессиональной области. Значит ИС рассчитана на взаимодействие, с какими либо пользователями. Причем под пользователями в общем случае следует понимать не только людей, но и другие информационные системы, с которыми данная ИС обменивается информацией.

Блок ПО (программное обеспечение) поделен на рисунке 1.1 на три части: ИП - интерфейс пользователя, ИД - интерфейс с данными, БЛ - бизнес логика. Конечно, данное деление в общем случае является условным, и не означает, что в реальном программном обеспечении можно явно выделить все три части. Однако умозрительное наличие таких частей вытекает из очень простого рассуждения. Если программа взаимодействует с пользователем и данными, значит, какая-то ее часть (логика) отвечает за это взаимодействие. С другой стороны, как мы впоследствии будем неоднократно убеждаться, структура хранения данных практически никогда не совпадает со структурой данных, представляемых пользователю. Следовательно, в программном обеспечении должно быть предусмотрено преобразование информации из одного формата к другому и обратно. Вот эта часть программного обеспечения, которую мы выделили чисто логически и принято называть бизнес логикой.

 

Рис.1.1 Структура информационной системы

Формально информационные системы можно разделить на автономные и сетевые.

 

Передача информации

Информационный процесс обмена предполагает обмен данными между процессами информационной технологии. Из обобщенной схемы технологического процесса обработки информации следует, что процесс обмена связан взаимными потоками данных со всеми информационными процессами на уровне переработки данных.

Передача информации осуществляется различными способами: с помощью курьера, пересылка по почте, доставка транспортными средствами, дистанционная передача по каналам связи, с помощью других средств коммуникаций.

При дистанционной передаче по каналам связи (см. рисунок ниже) можно выделить два основных типа процедур. Это процедуры передачи данных по каналам связи и сетевые процедуры, позволяющие осуществить организацию вычислительной сети. Процедуры передачи данных реализуются с помощью операции кодирования – декодирования, модуляции – демодуляции, согласования и усиления сигналов. Сетевые процедуры включают в себя в качестве основных операции по коммутации и маршрутизации потоков данных (трафика) в вычислительной сети. Процесс обмена позволяет, с одной стороны, передавать данные между источником и получателем информации, а с другой – объединять информацию многих ее источников:

 

передача данных по каналу связи

Дистанционная передача по каналам связи сокращает время передачи данных, однако, для ее осуществления необходимы специальные технические средства, что удорожает процесс передачи. Предпочтительным является использование технических средств сбора и регистрации, которые, собирая автоматически информацию с установленных на рабочих местах датчиков, передают ее в компьютерные системы для последующей обработки, что повышает ее достоверность и снижает трудоемкость.

Дистанционно может передаваться как первичная информация с мест ее возникновения, так и результатная в обратном направлении. В этом случае результатная информация фиксируется различными устройствами: дисплеями, табло, печатающими устройствами. Поступление информации по каналам связи в центр обработки в основном осуществляется двумя способами: на машинном носителе или непосредственно вводом в компьютерную систему при помощи специальных программных и аппаратных средств. Дистанционная передача информации с помощью современных коммуникационных средств постоянно развивается и совершенствуется. Особое значение этот способ передачи информации имеет в многоуровневых межотраслевых системах, где применение дистанционной передачи значительно ускоряет прохождение информации с одного уровня управления на другой и сокращает общее время обработки данных.

Модель обмена данными включает в себя формальное описание процедур, выполняемых в вычислительной сети: передачи, маршрутизации, коммутации. Именно эти процедуры и составляют информационный процесс обмена. Для качественной работы сети необходимы формальные соглашения между ее пользователями, что реализуется в виде протоколов сетевого обмена. В свою очередь, передача данных основывается на моделях кодирования, модуляции, каналов связи. На основе моделей обмена производится синтез системы обмена данными, при котором оптимизируются топология и структура вычислительной сети, метод коммутации, протоколы и процедуры доступа, адресации и маршрутизации.

В подсистему обмена данными входят комплексы программ и устройств, позволяющих реализовать вычислительную сеть и осуществить по ней передачу и прием сообщений с необходимыми скоростью и качеством.

Физическими компонентами подсистемы обмена служат устройства приема – передачи (модемы, усилители, коммутаторы, кабели, специальные вычислительные комплексы, осуществляющие коммутацию, маршрутизацию и Доступ к сетям). Программными компонентами подсистемы являются программы сетевого обмена, реализующие сетевые протоколы, кодирование – декодирование сообщений и др.

Обработка информации

Обработка информации в компьютерных системах производится, как правило, децентрализовано, в местах возникновения первичной информации, где организуются автоматизированные рабочие места специалистов той или иной управленческой службы (отдела материально-технического снабжения и сбыта, отдела главного технолога, конструкторского отдела, бухгалтерии, планового отдела и т.п.). Обработка, однако, может производиться не только автономно, но и в вычислительных сетях, с использованием набора программных средств персональных компьютеров и информационных массивов для решения функциональных задач.

Процесс обработки данных связан с преобразованием данных и их отображением.

Процедуры преобразования данных на логическом уровне представляют собой алгоритмы и программы обработки данных и их структур. Сюда включаются стандартные процедуры, такие, как сортировка, поиск, создание и преобразование статистических и динамических структур данных, а также нестандартные процедуры, обусловленные алгоритмами и программами преобразования данных при решении конкретных информационных задач. Моделями процедур отображения данных являются компьютерные программы преобразования данных, представленных машинными кодами, в воспринимаемую человеком информацию, несущую в себе смысловое содержание. В современных компьютерных системах данные могут быть отражены в виде текстовой информации, в виде графиков, изображений, звука, с использованием средств мультимедиа, которые интегрируют в компьютере все основные способы отображения.

Процедура отображения данных – одна из важнейших в информационной технологии. Без возможности восприятия результата обработки информации человеческими органами чувств этот результат оставался бы вещью в себе (ведь мы не ощущаем машинное представление информации).

В современных информационных технологиях при воспроизведении информации предпочтение отдано графическим режимам работы дисплеев (в отличие от исторически более ранних текстовых режимов) как наиболее универсальным. Графический режим позволяет выводить на экран дисплея любую графику (ведь буквы и цифры тоже графические объекты), причем с возможностью изменения масштаба, проекции, цвета и т.д. Развитие информационных технологий относительно ввода и вывода информации идет по пути создания объектно-ориентированных систем, в которых настройка систем, программирование функциональных задач, ввод и вывод информации осуществляются с помощью графических объектов, отображаемых на экране дисплея (примером могут служить широко распространенный графический интерфейс Windows, объектно-ориентированные языки Delphi, Java и т.д.).

Отображение информации на экране дисплея в виде графических объектов (графиков, геометрических фигур, изображений и т. д.) носит название компьютерной графики.

В ходе решения задач на компьютере в соответствии с машинной программой формируется результатная информация, которая в дальнейшем используется на этапе принятия решения.

Принятие решения в автоматизированной системе организационного управления, как правило, осуществляется специалистом с применением или без применения технических средств, но в последнем случае на основе тщательного анализа результатной информации, полученной на компьютере. Задача принятия решений осложняется тем, что специалисту приходится искать из множества допустимых решений наиболее приемлемое, сводящее к минимуму потери ресурсов (временных, трудовых, материальных и т.д.). Благодаря применению персональных компьютеров и терминалов повышается аналитичность обрабатываемых сведений, а также обеспечивается постепенный переход к автоматизации выработки оптимальных решений в процессе диалога пользователя с вычислительной системой. Этому способствует использование новых технологий экспертных систем поддержки принятия решений.

Модель обработки данных включает в себя формализованное описание процедур организации вычислительного процесса, преобразования данных и отображения данных. Под организацией вычислительного процесса понимается управление ресурсами компьютера (память, процессор, внешние устройства) при решении задач обработки данных. Эта процедура формализуется в виде алгоритмов и программ системного управления компьютером. Комплексы таких алгоритмов и программ получили название операционных систем.

Операционная система – комплекс программ, организующих вычислительный процесс в вычислительной системе.

Вычислительная система – совокупность аппаратных и программных средств компьютера, взаимодействующих для решения задач обработки информации.

Для выполнения функций подсистемы обработки данных используются компьютеры различных классов. В настоящее время при создании автоматизированных информационных технологий применяются три основных класса компьютеров: на верхнем уровне – большие универсальные ЭВМ (по зарубежной классификации – мэйнфреймы), способные накапливать и обрабатывать громадные объемы исходных данных и используемые как главные ЭВМ; на среднем – абонентские вычислительные машины (серверы); на нижнем уровне – персональные компьютеры. Обработка данных, т.е. их преобразование и отображение, производится с помощью программ решения задач в той предметной области, для которой создана информационная технология.

Процедура хранения состоит в том, чтобы сформировать и поддерживать структуру хранения данных в памяти компьютера. Современные структуры хранения данных должны быть независимы от программ, использующих эти данные, и реализовывать вышеуказанные принципы (полнота и минимальная избыточность). Такие структуры получили название баз данных. Осуществление процедур создания структуры хранения (базы данных), актуализации, извлечения и удаления данных производится с помощью специальных программ, называемых системами управления базами данных.

В процессе накопления данных важной процедурой является их актуализация. Под актуализацией понимается поддержание хранимых данных на уровне, соответствующем информационным потребностям решаемых задач в системе, где организована информационная технология. Актуализация данных осуществляется с помощью операций добавления новых данных к уже хранимым, корректировки (изменения значений или элементов структур) данных и их уничтожения, если данные устарели и уже не могут быть использованы при решении функциональных задач системы.

Процедура извлечения данных из базы необходима для пересылки требуемых данных либо для преобразования, либо для отображения, либо для передачи по вычислительной сети.

При выполнении процедур актуализации и извлечения обязательно выполняются операции поиска данных по заданным признакам и их сортировки, состоящие в изменении порядка расположения данных при хранении или извлечении.

На логическом уровне все процедуры процесса накопления должны быть формализованы, что отображается в математических и алгоритмических моделях этих процедур.

Модель накопления данных формализует описание информационной базы, которая в компьютерном виде представляется базой данных.

Процесс перехода от информационного (смыслового) уровня к физическому описывается трехуровневой системой моделей представления информационной базы: концептуальной, логической и физической схемами.

Концептуальная схема информационной базы описывает информационное содержание предметной области, т.е. какая и в каком объеме информация должна накапливаться при реализации информационной технологии.

Логическая схема информационной базы формализовано описывает ее структуру и взаимосвязь элементов информации. При этом могут быть использованы различные подходы: реляционный, иерархический, сетевой. Выбор того или иного подхода определяет и систему управления базой данных, которая, в свою очередь, определяет физическую схему данных – физическую модель информационной базы, описывающую методы размещения данных и доступа к ним на машинных (физических) носителях информации.

Основные понятия компьютерных информационных технологий.

 

Информационная технология - совокупность методов и программно-технических способов, объединенных в технологическую цепь, которая обеспечивает оптимизацию информационных процессов с целью уменьшения трудоемкости процессов использования информационных ресурсов, а так же повышения их надежности и оперативности.

Информационные процессы – процессы собирания, переработки и передачи информации.

Информация (от лат. informatio - объяснение, изложение) - сведения о людях, предметах, явлениях, процессах, которые используются с целью добычи знаний и принятия практических решений (сведения и данные, представленные в различных видах).

КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ. ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Основой большинства языков является алфавит - набор символов, из которых можно составлять слова и фразы.

Код – система условных знаков для передачи, хранения и обработки информации.

Двоичный код – способ представления информации с помощью двух символов – 0 и 1.

С помощью языка двоичных чисел можно закодировать любую информацию:

Например, буквы русского алфавита А -11100001, Б- 11100010, В- 11110011…,

буквы английского алфавита А- 01000001, В- 01000010, С- 01000011…,

цифры 0- 00110000, 1- 00110001, 2- 00110010, 3- 00110011 и т.д.

В форме двоичных чисел в ЭВМ записывается вся информация. Это обусловлено тем, что в ЭВМ используются элементы, имеющие два различных состояния (называемых 0 и 1). Для двоичных знаков 0 и 1 принят специальный термин - бит (bit) (от англ. binari digit - двоичный знак).

1 байт = 8 бит

1 Кб (англ. Kb) (килобайт) = 2¹⁰ байт = 1024 байт

1 Мб (англ.Mb) (Мегабайт) = 2¹⁰ Кб = 1024 Кб

1 Гб (англ.Gb) (Гигабайт) = 2¹⁰ Мб = 1024 Мб

1 Тб (англ.Тb) (Терабайт) = 2¹⁰ Гб = 1024 Гб

1 Пб (англ.Pb) (петабайт) = 2¹⁰ Тб = 1024 Тб

1 Эб (англ.Еb) (эксабайт

) = 2¹⁰ Пб = 1024 Пб

1 Зб (англ.Zb) (зеттабайт) = 2¹⁰ Эб = 1024 Эб

1 Йб (йоттабайт) = 2¹⁰ Зб = 1024 Зб

 

Также для измерения информации используются

Ниббл (англ. nibble, nybble), или полубайт — единица измерения информации, равная четырём битам, может принимать 2⁴=16 различных значений, удобна тем, что представима одной шестнадцатеричной цифрой, т. е. является одним шестнадцатиричным разрядом

Битрейт (англ. bit rate) — скорость прохождения битов информации. Битрейт принято использовать при измерении эффективной скорости передачи информации («полезной информации») по каналу. Скорость передачи информации, учитывающую полную пропускную способность канала, измеряют в бодах.

Бод (англ. baud) — единица измерения символьной скорости, количество изменений информационного параметра несущего периодического сигнала в секунду. Названа по имени Эмиля Бодо, изобретателя кода Бодо — кодировки символов для телетайпов. Зачастую, ошибочно, считают, что бод — это количество бит, переданное в секунду

Бит в секунду, бит/с (англ. bits per second, bps) — базовая единица измерения скорости передачи информации, используемая на физическом уровне сетевой модели OSI или TCP/IP.

На более высоких уровнях сетевых моделей, как правило, используется более крупная единица — байт в секунду (Б/c или Bps, от англ. bytes per second) равная 8 бит/c