Informacija

Informatikas priekšmets. Informacija.
Informatīvie procesi. Informacijas apjoms

Informatika pēta informacijas iegūšanas, uzkrašanas, glabašanas, parraides, apstrades un izmantošanas metodes. Turklat īpaša uzmanība tiek veltīta šo procesu automatizacijai.

INFORMATIKA = INFORmacija + autoMATIKA.

Informacija ir jebkadas ziņas, dati par jebkuram lietam.

Informatīvie procesi ir informacijas iegūšanas, uzkrašanas, glabašanas, parraides, apstrades un izmantošanas procesi.

Informacija ir viena no trim svarīgakajiem pasaules būtībam:

matērija piepilda pasauli (matērija ir fiziskie ķermeni, vielas un lauki),

enerģija iekustina pasauli,

informacija vada kustību, nosaka kustības virzienu.

Informacija nosaka vienas no fiziski iespējamam izmaiņam izvēli, turklat tas notiek daba visos līmeņos. Aplūkosim vairakus piemērus.

Mēģinasim ļoti akurati uzliet glazē divus dažadu krasu šķidrumus, kuru blīvums ir vienads, ta, lai tie veidotu divus slaņus ar pietiekami skaidru robežu. Pēc vairakam dienam redzēsim, ka šķidrumi ir sajaukti, kaut gan nekas tos nejauca. Šo procesu (vielu spontanu sajaukšanu) sauc par difūziju. Neskatoties uz to, ka šķidrumu enerģijas abos gadījumos ir vienadas (gan vienmērīgi sajauktajiem, gan ar slaņu struktūru), process vienmēr iet sajaukšanas virziena.

Šadu paradību skaidrošanai fiziķi izmanto entropijas jēdzienu - haosa mēru sistēma. Ka likums: slēgta sistēma entropija (juceklis) vienmēr pieaug (vielas sajaucas, temperatūras izlīdzinas utt.)

Sistēmas entropija ir cieši saistīta ar informacijas daudzumu, kurš nepieciešams sistēmas pilnīgajam aprakstam.

Dzīva daba informacijas loma ir manama vēl skaidrak: pat visprimitīvakie dzīvnieki dažadi reaģē uz barību, briesmam, gaismu un siltumu; augi reaģē uz laika izmaiņam; visa daba tiek pakļauta noteiktiem ritmiem (gada laiku maiņa, diennakts cikli).

Cilvēki un dzīvnieki prot ne tikai uztvert un izmantot informaciju, bet arī parraidīt to viens otram ar skaņam, mīmiku, žestiem. Informacija tiek parraidīta arī no vienas paaudzes nakamajam (vecaki maca bērniem, ka dzīvot apkartnē). Vissvarīgaka informacija tiek parraidīta ģenētiski.

- bites-izlūki ar savu deju parada ceļu uz nektara avotu (virzienu, attalumu un nektara daudzumu).

- dzīvnieku mazuļi intuitīvi jūt briesmas, ienaidniekiem tuvojoties.

Grūti iedomaties cilvēku sabiedrību bez informacijas apmaiņas. Pateicoties rakstu valodas izgudrošanai, kļuva iespējama informacijas parraide lielos attalumos gan telpa, gan laika. Informacijas apmaiņas iespējas ievērojami uzlabo radio, televīzijas, talruņu un datoru tīklu izmantošana.

Informacija nav materiala (ta nav ne viela, ne lauks). Bet informacijas glabašanai un parraidei tiek izmantoti materiali nesēji: papīrs, magnētiskie diski un lentes, skaņu vilni, elektromagnētiskie viļņi, smadzenes utt.

Mēs uztveram informaciju ar visiem sajūtu organiem: šaja procesa piedalas redzes, dzirdes, taustes, ožas un garšas organi. Pie tam ne visa uztverta informacija tiek apzinata un iegaumēta.

Informaciju var raksturot ar tas apjomu (daudzumu) un vērtību.

Informacijas vērtība ir kvalitatīvs subjektīvs raksturojums. Vienai un tai pašai informacijai var būt dažada vērtība dažadu cilvēku acīs (piemēram, eksamena rezultati ir interesanti tikai tiem, kas šo eksamenu kartoja un, varbūt, to radiniekiem un draugiem, ka arī skolotajiem).

Jau zinamas informacijas vērtība ir nulle (daži autori pat uzskata, ka jau zinamas ziņas vispar nav informacija).

Informacijas vērtība nav atkarīga no to vardu skaita, ar kuru palīdzību ta tiek izpausta.

Informacijas apjoms (daudzums) ir kvantitatīvs objektīvs raksturojums. Informacijas mērīšanas ideja pieder amerikaņu zinatniekam Klodam Šennonam.

Minimalais informacijas daudzums ir vienads ar 1 bitu; tas atbilst vienas no divam iespējam izvēlei ('ja' vai 'nē'; 1 vai 0).

Noteikta ziņa informacijas apjoms ir daudzveidības mērs, nejaušības un haosa raksturojums. Jo vairak ir iespējamo variantu, jo vairak jautajumu jauzdod un jo vairak atbilžu ('ja' vai 'nē') jasaņem, lai uzzinatu, kada no šim iespējam ir realizēta.

Tiek izmantotas arī lielakas informacijas mērvienības:

1 baits = 8 biti

1 К = 1 kilobaits = 2¹⁰ baiti = 1 024 baiti 10³ baiti

1 М = 1 megabaits = 2²⁰ baiti = 1 048 576 baiti 10⁶ baiti

1 G = 1 gigabaits = 2³⁰ baiti 10⁹ baiti

1 Т = 1 terabaits = 2⁴⁰ baiti 10¹² baiti

Pievērsiet uzmanību: decimalo priedēkļu vērtības informatika un fizika mazliet nesakrīt.

Informacijas kodēšana.
Binarais kods ka universals kodēšanas līdzeklis

Skaitliskas informacijas kodēšana

Jebkurš skaitlis var tikt attēlots binaraja skaitīšanas sistēma - ka simbolu 0 un 1 secība (piemēram, 6=(110)₂).

Binaros skaitļus ļoti ērti glabat un parraidīt, izmantojot elektroniskas ierīces. Piemēram, 1 un 0 var atbilst diska magnetizētam un nemagnetizētam apgabalam, vai arī augstai un zemai sprieguma vērtībai, vai arī elektriskas stravas esamībai vai neesamībai utt. Tieši tapēc datoros (fiziskaja līmenī) dati tiek saglabati, apstradati un parraidīti binarkoda veida.

Teksta informacijas kodēšana

Teksta informacijas pierakstam izmanto simbolus: burtus, ciparus, pieturzīmes utt. Kodējot tekstu, katram simbolam atbilst skaitlis - simbola kods. Piemēram, izmantojot ASCII kodēšanas sistēmu, A-65, B-66, C-67, …, a-97, b-98, c-99 utt. Tadējadi, jebkurš teksts var būt attēlots ka skaitļu secība, bet jebkuru skaitli var pierakstīt binaraja skaitīšanas sistēma, un tieši tada veida (binarkoda) teksta informacija glabajas datora atmiņa.

Ja nepieciešams saglabat ne tikai tekstu, bet arī teksta noformējumu, tad jasaglaba vēl fonts (ta kods), krasa (krasas numurs), simbolu izmērs utt. Šī papildu informacija arī tiek saglabata binarkoda veida (un, protams, prasa papildu atmiņas apjomu).

Pašlaik eksistē vairakas simbolu kodēšanas sistēmas. Piemēram:

- ASCII vienam simbolam izdala 1 baitu (8 bitus) - tas atļauj izmantot 256 dažadus simbolus (ieskaitot vadības simbolus), jo 2⁸=256. Izmantojot šo sistēmu, viena teksta var izmantot 2 vai 3 valodu simbolus (piemēram, angļu, latviešu un krievu).

- Unicode vienam simbolam izdala 2 baitus (16 bitus) - tas atļauj izmantot 65536 dažadus simbolus, jo 2¹⁶=65536. Ar to pietiek, lai viena teksta izmantot gan vairaku dažadu valodu burtus, gan matematiskus un citus specialus simbolus.

Grafiskas informacijas kodēšana

Pēc attēla glabašanas un apstrades metodes datorgrafiku var iedalīt divas lielas grupas: rastra grafika un vektorgrafika.

Rastra attēlus veido no atsevišķiem pikseļiem, t.i. tie sastav no atsevišķiem dažadu krasu punktiem. Šaja gadījuma datora atmiņa tiek saglabati visu pikseļu krasas numuri. Jo vairak dažadu krasu var izmantot un jo vairak pikseļus satur zīmējums, jo vairak atmiņas nepieciešams rastra attēla glabašanai.

Vektorattēls tiek veidots no objektiem: standarta figūram un līknēm, kuras nosaka pamatpunkti, ka arī līniju un tonēšanas krasas un stili. Datora atmiņa glabajas pamatpunktu koordinates, līniju un tonēšanas krasas numuri un stilu numuri. Atmiņas apjoms, kas nepieciešams attēla glabašanai, ir atkarīgs no zīmējuma sarežģītības un nav atkarīgs no zīmējuma izmēriem.

Gan rastra grafika, gan vektorgrafika attēli tiek kodēti ar skaitļiem, un datora atmiņa tie glabajas binarkoda veida.

Skaņas informacijas kodēšana

Visvienkaršakaja varianta katru noti nosaka divi lielumi: frekvence (skaņas augstums) un ilgums (skanēšanas laiks). Melodiju, kura ir kodēta šada veida, var atpazīt, kaut gan ta skan ne sevišķi aizkustinoši. Atmiņas apjoms šaja gadījuma ir tieši proporcionals nošu skaitam.

Lai padarītu melodiju par cilvēciskaku, var izmantot papildus informaciju par skaņas tembru un skaļumu, izmantot akordus (kad vairakas notis skan vienlaicīgi) utt. Visus šos parametrus var attēlot ka skaitļus binarkoda. Jo labaku skaņas kvalitati mēs gribam sasniegt, jo vairak parametri jaizmanto un jo vairak atmiņas būs nepieciešams mūzikas glabašanai.

Ir arī cita metode skaņas kodēšanai, kura nodrošina visadu skaņu kvalitatīvu atveidošanu: skanēšanas laiks tiek sadalīts ļoti mazos intervalos (ar garumu, vienadu ar visaugstakais skaņas svarstības pusperiodu); katram intervalam jasaglaba skaņas intensitate. Jo mazaki ir intervali (jo lielaka diskretizacijas frekvence), jo kvalitatīvak būs saglabata skaņa un jo lielako atmiņas apjomu ta prasīs.

Tatad jebkura informacija (gan teksta, gan grafiska, gan skaņas) var tikt kodēta skaitļu secības veida un attēlota ar binarkoda palīdzību. Tadējadi, binarkods ir universals līdzeklis informacijas kodēšanai.

Uzdevumu risinašanas piemēri

Ir iedomats vesels skaitlis no diapazona [1..16]. Cik biti nepieciešami ta glabašanai?

1. variants. Mēģinasim uzminēt šo skaitli, katra mēģinajuma dalot intervalu uz pusi. Piemēram, iespējam šada veida dialogs:

- vai x>8? - ja! (1. jautajums)

- vai х>12? - nē! (2. jautajums)

- vai х>10? - nē! (3. jautajums)

- vai x=10? - nē! (4. jautajums)

- Tatad, х=9.

Lai droši uzminētu skaitli, jauzdod 4 jautajumi un jasaņem 4 'ja-nē' tipa atbildes, kas atbilst informacijas apjomam 4 biti.

2. variants. Diapazona [1..16] ir 16=2⁴ dažadi veseli skaitli. Tas nozīmē, ka brīvi izvēlēta skaitļa (no ša diapazona) glabašanai vajag 4 biti. Otro variantu būs vieglak saprast, pamanot, ka pirmaja varianta mēs 4 reizes dalījam diapazonu uz pusēm.

Ir iedomats vesels skaitlis diapazona [-5..5]. cik biti nepieciešami ta glabašanai, izmantojot iespējami efektīvaku kodēšanu?

Diapazona [-5..5] ir 11 dažadi veseli skaitli. 8=2³<11<16=2⁴, tatad nepieciešami 4 biti.

Cik kilobaitus aizņem 1 lappuse vienkarša teksta? Lappusē ir 40 rindas, katra rinda 80 simboli; ievadot tekstu, var izmantot 256 dažadus simbolus.

256=2⁸, tatad, 1 simbols aizņem 8 bitus = 1 baitu.

Viena lappusē ir 40х80=3200 simboli, kas atbilst 3200х1 baitiem.

3200 baiti = 3200/1024 = 3.125 Kbaiti.

Tatad, viena lappuse teksta aizņem mazliet vairak ka 3 К.

Cik zīmējumu var ierakstīt disketē? Disketes ietilpība ir 1.44 M. Zīmējuma izmērs 128x128 pikseļi, tiek izmantotas 16 dažadas krasas.

Tiek izmantotas 16=2⁴ dažadas krasas, tatad 1 pikselis aizņem 4 bitus.

Pikseļu skaits ir 128х128=2¹⁴.

Viena zīmējuma glabašanai nepieciešams 2¹⁴х4=2¹⁶ biti = 2¹⁶/8 = 2¹³ baiti = 2¹³/2¹⁰ Кbaiti = 2³ Кbaiti = 8 Кbaiti (īstenība mazliet vairak, jo grafiskaja faila glabajas ne tikai krasu masīvs, bet arī 'virsraksts' ar papildu informaciju par zīmējumu un attiecīgu teksta redaktoru).

Disketes ietilpība 1.44 М = 1.44*1024 К= 1474.56 К

Disketē var ierakstīt 1474.56 / 8 = 184 zīmējumus (rezultats tiek noapaļots līdz mazakajam veselam skaitlim).

Ar ko vienads vislielakais trīsciparu skaitlis heksadecimalaja skaitīšanas sistēma? Cik bitu aizņem ta pieraksts? Parveidojiet šo skaitli decimalaja skaitīšanas sistēma.

1. variants. (FFF)₁₆=15х(1+16+256)=(4095)₁₀;

Diapazona [0..4095] ir 4096=2¹² dažadi veseli skaitli, tatad brīvi izvēlēta skaitļa (no šī diapazona) glabašanai nepieciešams 12 biti.

2. variants. 1heksadecimalais cipars aizņem 4 bitus (jo 16=2⁴), tatad trīsciparu skaitlis aizņem 3*4=12 bitus.