2. Сложение вероятностей независимых несовместных событий

3. Умножение вероятностей независимых совместных событий

4. Нахождение среднего для значений случайных независимых величин

5. Понятие условной вероятности

6. Общая формула для вероятности произведения событий

7. Общая формула для вероятности суммы событий

Лекция 3. Понятие энтропии

1. Энтропия как мера неопределенности

2. Свойства энтропии

3. Условная энтропия

Лекция 4. Энтропия и информация

1. Объемный подход к измерению количества информации

2. Энтропийный подход к измерению количества информации

Лекция 5. Информация и алфавит

Лекция 6. Постановка задачи кодирования. Первая теорема Шеннона.

Лекция 7. Способы построения двоичных кодов. Алфавитное неравномерное двоичное кодирование сигналами равной длительности. Префиксные коды.

1. Постановка задачи оптимизации неравномерного кодирования

2. Неравномерный код с разделителем

3. Коды без разделителя. Условие Фано

4. Префиксный код Шеннона–Фано

5. Префиксный код Хаффмана

Лекция 8. Способы построения двоичных кодов. Другие варианты

1. Равномерное алфавитное двоичное кодирование. Байтовый код

2. Международные системы байтового кодирования текстовых данных. Универсальная система кодирования текстовых данных

3. Алфавитное кодирование с неравной длительностью элементарных сигналов. Код Морзе

4. Блочное двоичное кодирование

5. Кодирование графических данных

6. Кодирование звуковой информации

Лекция 9. Системы счисления. Представление чисел в различных системах счисления. Часть 1

1. Системы счисления

2. Десятичная система счисления

3. Двоичная система счисления

4. 8- И 16-ричная системы счисления

5. Смешанные системы счисления

6. Понятие экономичности системы счисления

Лекция 10. Системы счисления. Представление чисел в различных системах счисления. Часть 2.

1. Задача перевода числа из одной системы счисления в другую

2. Перевод q  p целых чисел

3. Перевод p  q целых чисел

4. Перевод p  q дробных чисел

6. Перевод чисел между 2-ичной, 8-ричной и 16-ричной системами счисления

Лекция 11. Кодирование чисел в компьютере и действия над ними

1. Нормализованные числа

2. Преобразование числа из естественной формы в нормализованную

3. Преобразование нормализованных чисел

4. Кодирование и обработка целых чисел без знака

5. Кодирование и обработка целых чисел со знаком

6. Кодирование и обработка вещественных чисел

Лекция 12. Передача информации в линии связи

1. Общая схема передачи информации в линии связи

2. Характеристики канала связи

3. Влияние шумов на пропускную способность канала

Лекция 13. Обеспечение надежности передачи информации.

1. Постановка задачи обеспечения надежности передачи

2. Коды, обнаруживающие одиночную ошибку

3. Коды, исправляющие одиночную ошибку

Лекция 14. Способы передачи информации в компьютерных линиях связи

1. Параллельная передача данных

2. Последовательная передача данных

3. Связь компьютеров по телефонным линиям

Лекция 15. Классификация данных. Представление данных в памяти компьютера

1. Классификация данных

2. Представление элементарных данных в озу

Лекция 16. Классификация структур данных

1. Классификация и примеры структур данных

2. Понятие логической записи

Лекция 17. Организация структур данных в оперативной памяти и на внешних носителях

1. Организация структур данных в озу

2. Иерархия структур данных на внешних носителях

3. Особенности устройств хранения информации

Контрольные вопросы

Список литературы

Лекция 12. Передача информации в линии связи

Общая схема передачи информации в линиии связи

Характеристики канала связи

Влияние шумов на пропускную способность канала

1. Общая схема передачи информации в линии связи

Использование информации для решения каких-либо задач, безусловно, сопряжено с необходимостью ее распространения, то есть с необходимостью осуществления процессов передачи и приема информации. При этом приходится решать проблему согласования метода кодирования с характеристиками канала связи, а также обеспечивать защиту передаваемой информации от возможных искажений.

Источник информации определен как объект или субъект, порождающий информацию и имеющий возможность представить ее в виде сообщения, то есть последовательности сигналов в материальном носителе. Другими словами, источник информации связывает информацию с ее материальным носителем. Передача сообщения от источника к приемнику всегда связана с некоторым нестационарным процессом, происходящим в материальной среде – это условие является обязательным, поскольку сама информация материальным объектом не является.

Способов передачи информации существует множество: почта, телефон, радио, телевидение, компьютерные сети и пр. Однако при всем разноообразии конкретной реализации способов связи в них можно выделить общие элементы: источник и получатель информации, кодирующее и декодирующее устройства, преобразователь кодов в сигналы и преобразователь сигналов в коды, канал связи, а также источники шумов (помех) и факторы, обеспечивающие защиту от шумов (см. схему на рис. 4).

Понимать схему нужно следующим образом. Источник , порождающий информацию, для передачи должен представить ее виде сообщения, то есть последовательности сигналов. При этом для представления информации он дожен использовать некоторую систему кодирования.Устройство, выполняющее операцию кодирования информации, может являться подсистемой источника информации. Например, наш мозг порождает информацию и он же кодирует эту информацию с помощью языка (например, русского), а затем представляет информацию в виде речевого сообщения посредством органов речи. Компьютер обрабатывает и хранит информацию в двоичном представлении, но при выводе ее на экран монитора он же – компьютер – производит ее перекодировку пользователю виду.

Возможна ситуация, когда кодирующее устройство оказывается внешним по отношению к источнику информации, например, телеграфный аппарат или компьютер по отношению к человеку – работающему на нем оператору. Далее коды должны быть переведены в последовательность материальных сигналов, то есть помещены на материальный носитель – эту операцию выполняет преобразователь . Преобразователь может бытьсовмещен с кодирующим устройством (например, телеграфный аппарат), но может быть исамостоятельным элементом линиии связи (например, модем, преобразующий электрические дискретные сигналы с частотой компьютера в аналоговые сигналы с частотой, на которой их затухание в телефонных линиях будет наименьшим).

К преобразователям относят также устройства, которые переводят сообщение с одного носителя на другой . Например:

телефонный аппарат, преобразующий звуковые сигналы в электрические;

радипередатчик, преобразующий звуковые сигналы в радиоволны;

телекамера, преобразующая изображение в последовательность электрических импульсов.

Рис. 4. Общая схема передачи информации

В общем случае при преобразовании выходные сигналы воспроизводят не полностью все особенности входного сообщения, а лишь его наиболее существенные стороны, то есть при преобразовании часть информации теряется. Например, полоса пропускания частот при телефонной связи находится в промежутке от 300 до 3400 Гц, в то время как частоты, воспринимаемые человеческим ухом, лежат в интервале от 16 до 20000 Гц.

Таким образом, телефонные линиии «обрезают» высокие частоты, что приводитк искажениям звука; в черно-белом телевидении при преобразовании сообщения в сигналы теряется цвет изображения. Именно в связи с этими проблемами возникает задача выработки такого способа кодирования сообщения, который обеспечивал бы возможно более полное представление исходной информации при преобразовании, и, в то же время, этот способ был бы согласован со скоростью передачи информации по данной линии связи.

После преобразователя сигналы поступают в канал связи и распространяются в нем.Понятие канала связи включает в себя материальную среду , а также физический или иной процесс , посредством которого осуществляется передача сообщения, то есть распространение сигналов в пространстве с течением времени.

В табл. 20приведены примеры некоторых каналов связи.

Табл. 20. Примеры каналов связи

Канал связи	Среда	Носитель сообщения	Процесс, используемый для передачи сообщения
	Среда обитания человека		Механическое перемещение носителя
Телефон, компьютерные сети	Проводник	Электрические заряды	Перемещение зарядов (ток)
Радио, телевидение	Электромагнитное	Электромагнитные	Распространение электромагнитных волн
		Звуковые волны	Распространение звуковых волн
Обоняние, вкус	Воздух, пища	Химические вещества	Химические реакции
Осязание	Поверхность кожи	Ввоздействующий на кожу объект	Теплопередача, давление

Любой реальный канал связи подвержен внешним воздействиям, а также в нем могут происходить внутренние процессы, в результате которых искажаются передаваемые сигналы, и, следовательно, связанные с этими сигналами сообщения. Такие воздействия называютсяшумами (помехами ). Источники помех могут бытьвнешними ивнутренними . Квнешним помехам относятся, например, так называемые «наводки» от мощных потребителей электричества или атмосферных явлений; одновременное действие нескольких близкорасположенных однотипых источников сообщений (одновременный разговор нескольких человек). К помехам могут привоить ивнутренние особенности данного канала связи, например, физические неоднородности носителя; процессы затухания сигнала в линии связи, существенные при большой удаленности приемника от источника.

Если уровень помех оказывается соизмеримым с мощностью несущего информацию сигнала, то передача информации по данному каналу оказывается невозможной. Даже шумы относительно низких уровней могут вызвать существенные искажения передаваемого сигнала.

Существуют и применяются различные методы защиты от помех . Например, используется экранирование элетрических линий связи; улучшение избирательности примного устройства и так далее Другим способом защиты от помех является использование специальных методов кодирования информации.

После прохождения сообщения по каналу связи сигналы с помощью приемного преобразователя переводятся в последовательность кодов, которыедекодирующим устройством представляются в форме, необходимой для примника информации (в воспринимаемой приемником форме). На этапе приема, как и при передаче, преобразователь может быть совмещенным с декодирующим устройством (например, радиоприемник или телевизор) или существовать отдельно от декодирующего устройства (преобразователь модем может существует отдельно от компьютера).

Понятие «линия связи » объединяет элементы представленной на рис. 1 схемы между источником и приемником информации.Характеристиками любой линии связи являютсяскорость , с которой возможна передача сообщения в ней, а такжестепень искажения сообщения в процессе передачи.

Описание работы : Данный материал будет полезен для учителей информатики, преподающих данный предмет в системе НПО и/или СПО, а также в профильных классах школ. Главная специфика материала - это его профессиональна направленность. Возраст учащихся - 1 курс профлицея, что соответствует 10 классу школы. Представленные задания могут применяться на уроках информатики при изучении темы «Информация и информационные процессы».

Примеры и задания к теме «Информация и информационные процессы»

Информатика - одна из фундаментальных областей научного знания, отражающая системно - информационный подход к анализу окружающего мира, изучающая информационные процессы, методы и средства получения, преобразования, передачи, хранения и использования информации. Информатика — научно-практическая дисциплина с широчайшим диапазоном применения.

Познавая окружающий мир, человек постоянно имеет дело с информацией. Она помогает человеку правильно оценить происходящие события, принять обдуманное решение, найти наиболее удачный вариант действий. Любая деятельность человека представляет собой процесс сбора и переработки информации, принятия на ее основе решений и их выполнения. В производственной деятельности информация передается в виде текстов и чертежей, справок и отчетов, таблиц и других документов, информацией являются и показания различных приборов, датчиков, исполнительных механизмов.

Поэтому важно научиться использовать возможности информатики и ИКТ в решении различных профессиональных задач. Именно для этого я провожу рассмотрение основных понятий данной темы на примерах с практическим профессиональным содержанием.

Методическая задача здесь - научить выявлять свойства информации, классифицировать информацию по видам. Учащиеся должны уметь приводить примеры информационных процессов в природе, обществе и технике, научиться выбирать наиболее удачную форму представления информации.

Например, для введения понятий «система», «системный эффект» используются следующие примеры, соответствующие профессиям:

· отдельные заготовки не образуют систему, но если их соединить сварочным швом, то можно изготовить, например, металлическую дверь, мангал, и т. д.

· отдельные продукты также не образуют систему, но если их использовать для приготовления хлеба по некоторой рецептуре, то мы получаем хлебобулочное изделие как систему входящих в него компонентов.

Данные объекты уже являются системами, обладающими новыми, не присущими их составным частям свойствами.

В теме «Дискретные и непрерывные сигналы» рассматриваем примеры оборудования или материалов по профессии. Дискретными являются показания цифровых измерительных приборов, которые используются при проведении сварочных работ. Переключатель диапазонов температурного режима в современных печах сконструирован так, чтобы он принимал только фиксированные положения.

Например, сахарный песок дискретен, поскольку он состоит из отдельных песчинок. А вода или масло непрерывны (в рамках наших ощущений, поскольку отдельные молекулы мы все равно ощутить не можем). Аналоговое устройство - газовая горелка с ручной регулировкой, дискретное - оборудование для точечной сварки.

В темах, связанных с подходами к определению количества информации решаем следующие задачи, содержащие элементы профессиональной направленности.

1) Если известно, что на складе имеется 32 сорта хлебобулочных изделий (или электродов различного диаметра), то информационный объем сообщения о том, что со склада отгружена партия батонов нарезных (или электродов диаметра
4 мм), находится из уравнения:

32 = 2 I , I = 5 бит, т. к. 2 5 = 32.

2) На складе предприятия хранится некоторое количество различных сортов муки (видов заготовок для сварных конструкций). Сообщение о том, что для выпечки была использованная пшеничная мука 1 сорта (заготовка № 7) содержит 5 битов информации. Сколько сортов муки (видов заготовок) хранится на складе?

3) Для приготовления салата необходимо воспользоваться 8 ингредиентами. Повар решил сэкономить продукты и воспользовался только 4. Сколько бит информации содержится в сообщении, что салат состоит из 4 составляющих?

4) Датчик температуры (давления) расположен в печи (подключен к сварочному полуавтомату или газовому баллону). Он передает сообщения о температуре в помещении (давлении внутри баллона) и может принимать целые значения в промежутке от 220 до 280, которое записывается при помощи минимально возможного количества бит. Датчик выдал 80 измерений. Определить информационный объем результатов наблюдений.

а) 60 байт б) 70 бит в) 80 байт г) 480 байт.

4) На складе 2 помещения. Одно состоит из 10 стеллажей по 5 полок каждый, второе - из 8 стеллажей по 4 полки. Какое минимальное количество бит потребуется для кодирования каждой полки в автоматизированной системе?

5) В непрозрачной упаковке в случайном порядке хранятся 10 электродов диаметром 3 мм, 20 электродов диаметром 4 мм, 30 электродов диаметром 5 мм и 40 электродов диаметром 6 мм. Какое количество информации будет содержать зрительное сообщение о диаметре вынутого из упаковки электрода?

Решение: Так как количество электродов различных диаметров неодинаково, то зрительные сообщения о диаметре вынутого из упаковки электрода также различаются и равны количеству электродов данного диаметра деленному на общее количество электродов:

10 + 20 + 30 + 40 = 100 - электродов всего,

P 3мм = 10/100; P 4мм = 20/100; P 5мм =30/100; P 6мм = 40/100, следовательно:

P 3мм = 0,1; P 4мм = 0,2; P 5мм = 0,3; P 6мм = 0,4.

События неравновероятны, поэтому для определения количества информации, содержащегося в сообщении о диаметре электрода, воспользуемся формулой Шеннона:

I = - (0,1·log 2 0,1+ 0,2·log 2 0,2 + 0,3·log 2 0,3 + 0,4·log 2 0,4) = 1,85 бит.

Аналогично составляется задача и для других профессий. Достаточно заменить, например, упаковку электродов на коробку конфет «Ассорти» (для профессии «Кондитер сахаристых изделий»).

В теме «Классификация информационных процессов» провожу рассмотрение информационных процессов в профессиональной деятельности человека.

Например, в теме «Языки кодирования. Формализованные и неформализованные языки» в процессе обсуждения приходим к выводу о том, что любая профессия требует своего специального формального языка, своих особых терминов - профессиональных слов, которые присущи только ей. Например, в сварке есть электрододержатели, а у пекарей под печи.

Пример производственного информационного процесса:

Рис 1. Как создается новое изделие

Человек создал приборы — микроскоп и телескоп, термометры и тахометры и др., позволяющие извлекать ту информацию, которая недоступна ему в непосредственных ощущениях. Получение информации техническими системами называется вводом информации, который может осуществляться либо человеком, либо с помощью специальных измерительных устройств - датчиков. Данные устройства необходимы для сбора информации и автоматизации любого технологического процесса на производстве.

Поиск информации всегда сопровождается ее отбором. Отбор может составлять часть информационного поиска или выполняться как самостоятельная операция. В процессе отбора информации она может проходить процедуры сравнения, регистрации, измерения величин и их представления, оценки свойств в соответствии с заданными критериями и др.

Проект «Новости профессии»

Тип проекта: информационный, общий.

Планируемый результат : создание учащимся подборки сообщений, иллюстраций, заметок из периодической прессы (и других источников информации) о своей профессии с целью их последующего применения на уроках информатики и спецтехнологии.

Цели : закрепить навыки учащихся связанные с информационными процессами, а именно, обменом, хранением и обработкой информации. Формирование навыка самостоятельного выполнения задания, а также потребности к расширению своего кругозора. Кроме этого идёт параллельная подготовка к изучению последующих тем.

Учебно-педагогическая задача: используя материалы периодической печати, (Интернета) произвести поиск и отбор материалов по своей профессии. Проанализировать представленный материал и снабдить его собственными комментариями. Представить свою работу, обосновав критерии отбора материала.

Длительность : 2-3 недели.

В ходе выполнения проекта учащиеся вовлекаются в процесс поиска и систематизации информации, получаемой из внешних источников. У них формируется потребность к самообразованию, актуализируется их творческое начало.

Информация, предназначенная для хранения и передачи, как правило, представлена в форме документа. При прохождении этой темы рассматриваем некоторые виды документов необходимых для организации технологических процессов и производства в целом.

Обработка (преобразование) информации — это процесс, в ходе которого изменяется содержание или форма представления информации. Обрабатывать можно информацию любого вида, и правила обработки могут быть самыми разнообразными.

Например, работник склада составляет картотеку материальных ценностей. На каждый предмет заполняется запись, на которой указываются все его параметры: наименование, год выпуска, стоимость и пр. Из них создается база данных, где эти записи располагаются в строгом порядке.

Рассмотрим еще примеры обработки информации (таблица 1):

Таблица 1. Примеры обработки информации

Пример обработки информации	Входная информация	Правило преобразования	Выходная информация
Приготовление блюда из …	Набор исходных продуктов.	Рецепт приготовления.	Готовое изделие.
Определение времени приготовления …	Время начала работ и время их завершения.	Математическая формула.	Время, затрачиваемое на приготовление...
Получение инструктажа перед работой	Наряд - задание на работу.	Чтение текста или схемы задания и пояснения к ним.	Усвоенная (понятая) информация рабочим, готовым к выполнению задания.
Ремонт какой-либо системы, устранение неисправности.	Признаки повреждения и результаты тестирования.	Знания и опыт мастера по ремонту.	Алгоритм или способ устранения неисправности.

Информация передаётся в форме 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.

Работу такой схемы можно пояснить на следующих примерах передачи информации в социальных и технических системах (таблица 2).

Таблица 2. Примеры передачи информации

Процесс	источник	приемник	носитель	канал связи	помехи
Мастер - рабочий			звуковая волна		шум, в бытовом смысле этого слова
Ввод данных о работе цеха за неделю для начисления зарплаты		компьютер	электричество		перепад напряжения в сети
Датчик - человек			шкала прибора	зрение человека	неисправности прибора
Поиск информации по профессии в компьютерной сети	компьютер	компьютер	электричество	компьютерные сети	сбой в сети
Отопительная система (печь) - человек (без непосредственного) контакта	отопительная система		воздух с параметром - температура		открытое окно (или дверь) в холодное время года
Сборка изделия из готовых деталей			форма деталей	сила трения	мусор в месте соединения

Таким образом, происходит рассмотрение основных понятий данных тем на примерах с элементами практического профессионального содержания.

Литература

1. Гейн А.Г., Сенокосов А.И. Справочник по информатике для школьников. -Екатеринбург: «У-Фактория», 2003. -192 с.

2. Горячев А., Шафрин Ю. Практикум по информационным технологиям-М.: Лаборатория базовых знаний, 2000. -205 с.

3. Дж. Дьюи. Демократия и образование: Пер. с англ. -М.: Педагогика-Пресс, 2000. - 384 с.

4. Макарова Н.В. Информатика. Практикум по информационным технологиям. - СПБ.: Питер, 2001. -180 с.

5. Полат Е.С. Типология телекоммуникационных проектов. //Наука и школа. -№ 4, 1997.- с.30-34.

Вопрос 1. Понятие информации, виды и способы ее передачи.

Информация (от лат. informatio, разъяснение, изложение, осведомленность) - сведения о лицах, предметах, фактах, явлениях, событиях, реального мира не зависимо от их представления.

Информация - это отображение окружающего нас мира с помощью знаков и сигналов или иначе сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые воспринимают информационные системы (живые организмы, управляющие машины и др.) в процессе жизнедеятельности и работы.

Однако можно лишь утверждать, что понятие ИНФОРМАЦИЯ предполагает наличие материального носителя информации, источника информации, передатчика информации, приемника и канала связи между источником и приемником.

Классификация информации

Информацию можно разделить на виды по различным критериям:

по способу восприятия:

Визуальная - воспринимаемая органами зрения.

Аудиальная - воспринимаемая органами слуха.

Тактильная - воспринимаемая тактильными рецепторами.

Обонятельная - воспринимаемая обонятельными рецепторами.

Вкусовая - воспринимаемая вкусовыми рецепторами.

по форме представления:

Текстовая - передаваемая в виде символов, предназначенных обозначать лексемы языка.

Числовая - в виде цифр и знаков, обозначающих математические действия.

Графическая - в виде изображений, предметов, графиков.

Звуковая - устная или в виде записи и передачи лексем языка аудиальным путём.

по назначению:

Массовая - содержит тривиальные сведения и оперирует набором понятий, понятным большей части социума.

Специальная - содержит специфический набор понятий, при использовании происходит передача сведений, которые могут быть не понятны основной массе социума, но необходимы и понятны в рамках узкой социальной группы, где используется данная информация.

Секретная - передаваемая узкому кругу лиц и по закрытым (защищённым) каналам.

Личная (приватная) - набор сведений о какой-либо личности, определяющий социальное положение и типы социальных взаимодействий внутри популяции.

по значению:

Актуальная - информация, ценная в данный момент времени.

Достоверная - информация, полученная без искажений.

Понятная - информация, выраженная на языке, понятном тому, кому она предназначена.

Полная - информация, достаточная для принятия правильного решения или понимания.

Полезная - полезность информации определяется субъектом, получившим информацию в зависимости от объёма возможностей её использования.

по истинности:

истинная

Формы информации.

Существует множество способов передачи и обработки информации. Человек может передавать информацию, используя тот или иной язык, жесты, мимику, звуки и воспринимать информацию, используя любые органы чувств. Иными словами информация человеком передается, обрабатывается и принимается в форме знаков или сигналами. Сигнал может быть световым, звуковым (радиоволны), электромагнитным, биохимическим и т.д.

Процесс обработки информации предусматривает наличие носителя информации и средства передачи информации и обработки информации.

Информацию можно:

создавать;принимать;комбинировать;хранить;передавать;копировать;обрабатывать;искать;воспринимать;формализовать;делить на части;измерять;использовать;распространять;упрощать;разрушатзапоминать;преобразовывать;собирать;и т.д. Все эти процессы, связанные с определенными операциями над информацией, называются информационными процессами.

Информация может существовать в виде:

• текстов, рисунков, чертежей, фотографий;
• световых или звуковых сигналов;
• радиоволн;
• электрических и нервных импульсов;
• магнитных записей;
• жестов и мимики;
• запахов и вкусовых ощущений;
• хромосом, посредством которых передаются по наследству признаки и свойства организмов, и т. д.

Вопрос 2.Задачи получения, передачи, преобразования и хранения информации.

1. Передача информации

В процессе передачи информации обязательно участвуют источник и приемник информации: первый передает информацию, второй ее получает. Между ними действует канал передачи информации - канал связи.

Канал связи - совокупность технических устройств, обеспечивающих передачу сигнала от источника к получателю.

Кодирующее устройство - устройство, предназначенное для преобразования исходного сообщения источника к виду, удобному для передачи.

Декодирующее устройство - устройство для преобразования кодированного сообщения в исходное.

Компьютер - это самое популярное средство для обработки, хранения и передачи информации.

2. Преобразование информации

Фундаментальное свойство информации -- преобразуемость. Оно означает, что информация может менять способ и форму своего существования. Копируемость есть разновидность преобразования информации, при котором ее количество не меняется. В информатике отдельно рассматривают аналоговую информацию и цифровую. Это важно, поскольку человек благодаря своим органам чувств, привык иметь дело с аналоговой информацией, а вычислительная техника, наоборот, в основном работает с цифровой информацией. Мы не найдем двух одинаковых зеленых листьев на одном дереве и не услышим двух абсолютно одинаковых звуков -- это информация аналоговая. Если же разным цветам дать номера, а разным звукам -- ноты, то аналоговую информацию можно сделать цифровой.

Музыка, когда мы ее слышим, несет аналоговую информацию, но стоит только записать ее нотами, как она становится цифровой. Разница между аналоговой информацией и цифровой, прежде всего, в том, что аналоговая информация непрерывна, а цифровая - дискретна.

3. Использование информации

Информация используется при принятии решений. Достоверность, полнота, объективность полученной информации обеспечат вам возможность принять правильное решение.

4.Хранение информации.

Хранение информации - это способ распространения информации в пространстве и времени.
Способ хранения информации зависит от ее носителя (книга- библиотека, картина- музей, фотография- альбом).
ЭВМ предназначен для компактного хранения информации с возможностью быстрого доступа к ней.

Носитель информации – среда для записи и хранения информации:

1) Любой материальный предмет (бумага, глиняные, восковые и деревянные таблички, береста, папирус, кожа, камень, узелки на веревке, печатные книги, фотопленка, кинопленка)

2) Волны различной природы (световая волна)

3) Акустические носители

4) Электромагнитные носители

5) Гравитационные носители

6) Вещество в различном состоянии

7) Компьютерные носители (магнитные диски, оптические диски, винчестер, флэш-карта)

Примерами упорядоченного хранения информации является записная книжка, оглавление в книге, словари, расписание, каталоги.

ИТАК, передача, обработка и хранение информации происходит в форме :

5.Передача информации.
В процессе передачи информации обязательно участвуют источник и приемник информации: первый передает информацию, второй ее получает. Между ними действует канал передачи информации - канал связи.
Канал связи - совокупность технических устройств, обеспечивающих передачу сигнала от источника к получателю.
Кодирующее устройство - устройство, предназначенное для преобразования исходного сообщения источника к виду, удобному для передачи.
Декодирующее устройство - устройство для преобразования кодированного сообщения в исходное.
Деятельность людей всегда связана с передачей информации.
В процессе передачи информация может теряться и искажаться: искажение звука в телефоне, атмосферные помехи в радио, искажение или затемнение изображения в телевидении, ошибки при передачи в телеграфе. Эти помехи, или, как их называют специалисты, шумы, искажают информацию. К счастью, существует наука, разрабатывающая способы защиты информации -криптология.

Каналы передачи сообщений характеризуются пропускной способностью и помехозащищенностью.
Каналы передачи данных делятся на симплексные (с передачей информации только в одну сторону (телевидение)) и дуплексные (по которым возможно передавать информацию в оба направления (телефон, телеграф)). По каналу могут одновременно передаваться несколько сообщений. Каждое из этих сообщений выделяется (отделяется от других) с помощью специальных фильтров. Например, возможна фильтрация по частоте передаваемых сообщений, как это делается в радиоканалах.
Пропускная способность канала определяется максимальным количеством символов, передаваемых ему в отсутствии помех. Эта характеристика зависит от физических свойств канала.
Для повышения помехозащищенности канала используются специальные методы передачи сообщений, уменьшающие влияние шумов. Например, вводят лишние символы. Эти символы не несут действительного содержания, но используются для контроля правильности сообщения при получении.
С точки зрения теории информации все то, что делает литературный язык красочным, гибким, богатым оттенками, многоплановым, многозначным,- избыточность.

Состав операционной системы

Современные операционные системы имеют сложную структуру, каждый элемент которой выполняет определенные функции по управлению компьютером.

1. Управление файловой системой . Процесс работы компьютера сводится к обмену файлами между устройствами. В операционной системе имеются программные модули , управляющие файловой системой .

2. Командный процессор . Специальная программа, которая запрашивает у пользователя команды и выполняет их.

3. Драйверы устройств. Специальные программы, которые обеспечивают управление работой устройств и согласование информационного обмена с другими устройствами, а также позволяют производить настройку некоторых параметров устройств. Технология «Plug ad Play» (подключай и играй) позволяет автоматизировать подключение к компьютеру новых устройств и обеспечивает их конфигурирование.

4. Графический интерфейс. Используется для упрощения работы пользователя.

5. Сервисные программы или утилиты. Программы, позволяющие обслуживать диски (проверять, сжимать, дефрагментировать и т.д.), выполнять операции с файлами (архивировать и т.д.), работать в компьютерных сетях и т.д.

6. Справочная система. Позволяет оперативно получить информацию как о функционировании операционной системы в целом, так и о работе ее отдельных модулей.

Наиболее общим подходом к структуризации операционной системы является разделение всех ее модулей на две группы:

1. Ядро – это модули, выполняющие основные функции ОС.
2. Вспомогательные модули , выполняющие вспомогательные функции ОС. Одним из определяющих свойств ядра является работа в привилегированном режиме .

Структура компилятора

Процесс компиляции состоит из следующих этапов:

1. Лексический анализ На этом этапе последовательность символов исходного файла преобразуется в последовательность лексем.
2. Синтаксический анализ Последовательность лексем преобразуется в семантическое дерево.
3. Оптимизация Выполняется удаление изличших конструкций и упрощение семантического дерева.
4. Генерация кода. Семантическое дерево преобразуется в целевой язык.

Стадии работы компилятора

Работа компилятора состоит из нескольких стадий, которые могут выполняться последовательно, либо совмещаться по времени. Эти стадии могут быть представлены в виде схемы.

Первая стадия работы компилятора называется лексическим анализом , а программа, её реализующая, - лексическим анализатором (ЛА). На вход лексического анализатора подаётся последовательность символов входного языка. ЛА выделяет в этой последовательности простейшие конструкции языка, которые называют лексическими единицами. Примерами лексических единиц являются идентификаторы, числа, символы операций, служебные слова и т.д. ЛА преобразует исходный текст, заменяя лексические единицы их внутренним представлением - лексемами . Лексема может включать информацию о классе лексической единицы и её значении. Кроме того, для некоторых классов лексических единиц ЛА строит таблицы, например, таблицу идентификаторов, констант, которые используются на последующих стадиях компиляции.

Вторую стадию работы компилятора называют синтаксическим анализом , а соответствующую программу - синтаксическим анализатором (СА). На вход СА подается последовательность лексем, которая преобразуется в промежуточный код , представляющий собой последовательность символов действия или атомов. Каждый атом включает описание операции, которую нужно выполнить, с указанием используемых операндов. При этом последовательность расположения атомов, в отличие от лексем, соответствует порядку выполнения операций, необходимому для получения результата.

На третьей стадии работы компилятора осуществляется построение выходного текста. Программа, реализующая эту стадию, называется генератором выходного текста (Г). Генератор каждому символу действия, поступающему на его вход, ставит в соответствие одну или несколько команд выходного языка. В качестве выходного языка могут быть использованы команды устройства, команды ассемблера, либо операторы какого-либо другого языка.

Рассмотренная схема компилятора является упрощенной, поскольку реальные компиляторы, как правило, включают стадии оптимизации.

Вопрос 12. Требования к языкам программирования и их классификация.

Основные требования, предъявляемые к языкам программирования:

наглядность - использование в языке по возможности уже существующих символов, хорошо известных и понятных как программистам, так и пользователям ЭВМ;

единство - использование одних и тех же символов для обозначения одних и тех же или родственных понятий в разных частях алгоритма. Количество этих символов должно быть по возможности минимальным;

гибкость - возможность относительно удобного, несложного описания распространенных приемов математических вычислений с помощью имеющегося в языке ограниченного набора изобразительных средств;

модульность - возможность описания сложных алгоритмов в виде совокупности простых модулей, которые могут быть составлены отдельно и использованы в различных сложных алгоритмах;

однозначность - недвусмысленность записи любого алгоритма. Отсутствие ее могло бы привести к неправильным ответам при решении задач.

Машинно – ориентированные языки – это языки, наборы операторов и изобразительные средства которых существенно зависят от особенностей ЭВМ (внутреннего языка, структуры памяти и т.д.). Машинно –ориентированные языки позволяют использовать все возможности и особенности Машинно – зависимых языков:

Высокое качество создаваемых программ (компактность и скорость выполнения);

Возможность использования конкретных аппаратных ресурсов;

Предсказуемость объектного кода и заказов памяти;

Для составления эффективных программ необходимо знать систему команд и особенностифункционирования данной ЭВМ;

Трудоемкость процесса составления программ (особенно на машинных языках и ЯСК), плохо защищенного отпоявления ошибок;

Низкая скорость программирования;

Невозможность непосредственного использования программ, составленных на этих языках, на ЭВМдругих типов.

Машинно-ориентированные языки по степени автоматического программирования подразделяются на классы.

- Машинный язык

Отдельный компьютер имеет свой определенный Машинный язык (далее МЯ), ему предписывают выполнение указываемых операций над определяемыми ими операндами, поэтому МЯ является командным.

- Языки Символического Кодирования

Языки Символического Кодирования (далее ЯСК),так же, как и МЯ, являются командными. Однако коды операций и адреса в машинных командах, представляющие собой последовательность двоичных (во внутреннем коде) или восьмеричных (часто используемых при написании программ) цифр, в ЯСК заменены на символы (идентификаторы), форма написания которых помогает программисту легче запоминать смысловое содержание операции. Это обеспечивает существенное уменьшение числа ошибок при составлении программ. Использование символических адресов – первый шаг к созданию ЯСК.

- Автокоды

Есть также языки, включающие в себя все возможности ЯСК, посредством расширенного введения макрокоманд - они называются Автокоды.

Макрокоманды обеспечивают передачу фактических параметров, которые в процессе трансляции вставляются в«остов» программы, превращая её в реальную машинную программу.

Развитые автокоды получили название Ассемблеры. Сервисные программы и пр., как правило, составлены на языках типа Ассемблер.

- Макрос

Язык, являющийся средством для замены последовательности символов описывающих выполнение требуемых действий ЭВМ наиболее сжатую форму - называется Макрос (средство замены).

В основном, Макрос предназначен для того, чтобы сократить запись исходной программы. Компонент программного обеспечения, обеспечивающий функционирование макросов, называется макропроцессором. На макропроцессор поступает макроопределяющий и исходный текст. Реакция макропроцессора на вызов-выдачу выходного текста.

Макрос одинаково может работать, как с программами, так и с данными.

Машинно – независимые языки – это средство описания алгоритмов решения задач и информации, подлежащей обработке. Они удобны в использовании для широкого круга пользователей и не требуют от них знания особенностей организации функционирования ЭВМ и ВС.

Подобные языки получили название высокоуровневых языков программирования. Программы, составляемые на таких языках, представляют собой последовательности операторов, структурированные согласно правилам рассматривания языка(задачи, сегменты, блоки и т.д.). Операторы языка описывают действия, которые должна выполнять система после трансляции программы на МЯ.

-Проблемно – ориентированные языки

С расширением областей применения вычислительной техники возникла необходимость формализовать представление постановки и решение новых классов задач. Необходимо было создать такие языки программирования, которые, используя в данной области обозначения и терминологию, позволили бы описывать требуемые алгоритмы решения для поставленных задач, ими стали проблемно – ориентированные языки. Эти языки, языки ориентированные на решение определенных проблем, должны обеспечить программиста средствами, позволяющими коротко и четко формулировать задачу и получать результаты в требуемой форме.

Фортран, Алгол – языки, созданные для решения математических задач;

-Универсальные языки

Универсальные языки были созданы для широкого круга задач: коммерческих, научных, моделирования и т.д.

-Диалоговые языки

Появление новых технических возможностей поставило задачу перед системными программистами –создать программные средства, обеспечивающие оперативное взаимодействие человека с ЭВМ их назвали диалоговыми языками.

Задачи: управление и описание алгоритмов решения задач..

Одним из примеров диалоговых языков является Бэйсик.

Бэйсик использует обозначения подобные обычным математическим выражениям. Многие операторы являются упрощенными вариантами операторов языка Фортран. Поэтому этот язык позволяет решать достаточно широкий круг задач.

-Непроцедурные языки

Непроцедурные языки составляют группу языков, описывающих организацию данных, обрабатываемых по фиксированным алгоритмам(табличные языки и генераторы отчетов), и языков связи с операционными системами.

Программы, составленные на табличном языке, удобно описывают сложные ситуации, возникающие при системном анализе.

Рекурсивные структуры

1.4.1. Список

Список относится к особой группе структур - это так на­зы­ва­е­мые ре­курсивные структуры.

Приведем рекурсивное определение списка: Списком называется со­­во­купность

связанных элементов, из которых один является осо­бым элементом (первым,"головой"), а все остальные образуют спи­сок. Рекурсивные структуры в программировании замечательны тем, что мно­гие операции по их обработке можно эффективно реализовать с использованием рекурсивных процедур, которые отличаются боль­шой ла­коничностью и наглядностью.

1.4.2. Набор

Другим примером рекурсивной структуры является структура на­бора, которая

определяется следующим образом: Набором называется совокупность связанных

элементов, каждый из которых может быть ли­бо атомом, либо набором. Атом

определяет "неделимый" элемент на­бора, предназначенный для хранения

элементарной порции ин­фор­ма­ции. Реализация наборов основана на

использовании разнородных списков.

1.4.3. Дерево

Еще один пример рекурсивной структуры, широко использующейся в

программировании - структура дерева. Деревом называется сово­купность

связанных элементов - вершин дерева, включающая в себя один особый элемент -

корень, при этом все остальные эле­мен­ты образуют поддеревья. Наиболее

широко используется струк­ту­ра бинарного дерева, все множество вершин

которого делится (по отношению к корню) на два подмножества - два поддерева

(левое и правое).

Примеры рекурсивных алгоритмов

6.1. Рисование дерева

6.2. Ханойские башни

6.3. Синтаксический анализ арифметических выражений

6.4. Быстрые сортировки

6.5. Произвольное количество вложенных циклов

6.6. Задачи на графах

6.7. Фракталы

Присваивание

В одной строке может стоять больше одной операции присваивания =.

Знак = всегда означает: "переменной слева присвоить значение, стоящее справа ". Операция выполняется справа налево. Поэтому первой значение 100 получает переменная d, затем с, b и а.

Знак присвоить может стоять даже внутри математического выражения:

Присваивание имеет более высокий приоритет, чем сложение и вычитание. Поэтому сначала переменной r будет присвоено значение 9-с. А затем переменная value получит значение 5+9-с.

Составное присваивание

При написании программы часто требуется изменить значение переменной. Например, требуется взять текущее значение переменной, прибавить или умножить это значение на какое-то выражение, а затем присвоить это значение той же переменной. Такие операции выполняют операторы составного присваивания.

Преобразование типов

(тип данных) выражение

v=(double)age*f;

Переменная age временно преобразуется к типу с плавающей точкой двойной точности и умножается на переменную f.

Операции отношения

Операции инкремента (++) и декремента (-)

В языке C++ предусмотрены две уникальные операции, которые увеличивают или уменьшают значение переменной на 1.

Префиксный и постфиксные операции различаются приоритетом. Префиксные операции имеют самый большой приоритет и выполняются до любой другой операции. Постфиксные операции имею самый маленький приоритет и выполняются после всех остальных операции.

Операция sizeof

Имеет формат

sizeof данные

sizeof (тип данных)

Операция sizeof возвращает размер в байтах указанного в ней данного или типа данных.

cout " "Размер типа float в байтах=\t" "sizeof (float)

Результат: 4.

Операция "запятая"

Дополнительная операция (,) не работает непосредственно с данными, а приводит к вычислению выражения слева направо. Эта операция позволяет Вам использовать в одной строке несколько выражений, разделенных запятой.

Оператор?:

(Условие) ? (выражение1):(выражение2)

Если условие истинно, то выполняется выражение1, а если ложно, то выражение2.

(а>b) ? (ans =10):(ans=25);

ans=(a>b)?(10):(25);

Если а>b, то переменная ans получается значение 10, иначе - значение 0.25

Поразрядные операции

|,или

^ исключающее или

Логические бинарные операции (&&-конъюнкция(И) и || дизъюнкция (или))

Унарные операции:

& - операция получения адреса операнда

* - операция обращения по адресу, т.е. раскрытия ссылки, иначе операция разыменования (доступа по адресу к значению того объекта, на который указывает операнд (адрес)).

Унарный минус- изменяет знак арифметического операнда.

Унарный плюс (введен для симметрии с унарным минусом)

! – логическое отрицание значения операнда.

Увеличение на единицу (инкремент или автоувеличение):

префиксная операция – увеличение значения операнда на 1 до его использования

постфиксная операция – увеличение значения операнда на 1 после его использования.

Операнд не может быть константой.

sizeof – операция вычисления размера(в байтах) для объекта того типа, который имеет операнд.

Бинарные операции:

Аддитивные (+- сложение арифметических операндов, - вычитание арифметических операндов)

Мультипликативные (* - умножение операндов арифметического типа, / - деление операндов арифметического типа, %- получение остатка от деления целочисленных операндов (деление по модулю))

Операции сдвига (<<- сдвиг влево битового представления значения левого целочисленного операнда на количество разрядов, равное значению правого целочисленного операнда, >>- сдвиг вправо битового представления значения левого целочисленного операнда на количество разрядов, равное значению правого целочисленного операнда)

Операции отношения (сравнения) (> < <= >= != = =-равно)

Логические бинарные операции (&&-конъюнкция(И) и || дизъюнкция (или))

Операции присваивания (=- присвоить значение выражения-операнда из правой части операнду левой части p=10.3 – 2*x, *= присвоить левой части произведение значений обоих операндов P*=2 эквивалентно P = P*2, /= P/=2.2-d эквивалентно P=P/ (2.2-d), %= N%3 эквивалентно N=N % 3;,+= присвоить операнду левой части сумму значений обоих операндов А+= В эквивалентно А=А+В, -= Х -=4.5 – z эквивалентно Х=Х – (4.2 – z),

Запятая в качестве операции (несколько выражений, разделенных запятыми, вычисляются последовательно слева направо. В качестве результата сохраняются тип и результат самого правого значения).

Приоритеты операций задают последовательность вычислений в сложном выражении

Вопрос 26. Потоковый ввод и вывод информации в языке С++

Дело в том, что никакая полезная программа не может быть написана на языке С++ без привлечения библиотек, включаемых в конкретную среду (в компилятор) языка. Самая незаменимая из этих библиотек - библиотека ввода-вывода.

Потоки ввода-вывода

В соответствии с названием заголовочного файла iostream.h (stream - поток; "i" - сокращение от input - ввод; "o" - сокращение от output - вывод) описанные в этом файле средства ввода-вывода обеспечивают программиста механизмами для извлечения данных из потоков и для включения (внесения) данных в потоки. Поток определяется как последовательность байтов (символов) и с точки зрения программы не зависит от тех конкретных устройств (файл на диске, принтер, клавиатура, дисплей, стример и т.п.), с которыми ведется обмен данными. При обмене с потоком часто используется вспомогательный участок основной памяти - буфер потока.

В буфер потока помещаются выводимые программой данные перед тем, как они будут переданы к внешнему устройству. При вводе данных они вначале помещаются в буфер и только затем передаются в область памяти выполняемой программы. Использование буфера как промежуточной ступени при обменах с внешними устройствами повышает скорость передачи данных, так как реальные пересылки осуществляются только тогда, когда буфер уже заполнен (при выводе) или пуст (при вводе).

Работу, связанную с заполнением и очисткой буферов ввода-вывода, операционная система очень часто берет на себя и выполняет без явного участия программиста. Поэтому поток в прикладной программе обычно можно рассматривать просто как последовательность байтов. При этом очень важно, что никакой связи значений этих байтов с кодами какого-либо алфавита не предусматривается. Задача программиста при вводе-выводе с помощью потоков - установить соответствие между участвующими в обмене типизированными объектами и последовательностью байтов потока, в которой отсутствуют всякие сведения о типах представляемой (передаваемой) информации.

Используемые в программах потоки логически делятся на три типа:

Входные, из которых читается информация;

Выходные, в которые вводятся данные;

Двунаправленные, допускающие как чтение, так и запись.

Все потоки библиотеки ввода-вывода последовательные, т.е. в каждый момент для потока определены позиции записи и (или) чтения, и эти позиции после обмена перемещаются по потоку на длину переданной порции данных.

В соответствии с особенностями "устройства", к которому "присоединен" поток, потоки принято делить на

Стандартные,

Консольные,

Строковые и

Файловые.

В заключение перечислим отличительные особенности применения механизма потоков. Потоки обеспечивают:

Буферизацию при обменах с внешними устройствами;

Независимость программы от файловой системы конкретной операционной системы;

Контроль типов передаваемых данных;

Возможность удобного обмена для типов, определенных пользователем.

Под вводом-выводом в программировании понимается процесс обмена информацией между оперативной памятью и внешними устройствами: клавиатурой, дисплеем, магнитными накопителями и т. п. Ввод - это занесение информации с внешних устройств в оперативную память, а вывод - вынос информации из оперативной памяти на внешние устройства. Такие устройства, как дисплей и принтер, предназначены только для вывода; клавиатура - устройство ввода. Магнитные накопители (диски, ленты) используются как для ввода, так и для вывода.

Основным понятием, связанным с информацией на внешних устройствах ЭВМ, является понятие файла. Всякая операция ввода-вывода трактуется как операция обмена с файлами: ввод - это чтение из файла в оперативную память; вывод - запись информации из оперативной памяти в файл. Поэтому вопрос об организации в языке программирования ввода-вывода сводится к вопросу об организации работы с файлами.

Вспомним, что в Паскале мы использовали представления о внутреннем и внешнем файле. Внутренний файл - это переменная файлового типа, являющаяся структурированной величиной. Элементы файловой переменной могут иметь разный тип и, соответственно, разную длину и форму внутреннего представления. Внутренний файл связывается с внешним (физическим) файлом с помощью стандартной процедуры Assign. Один элемент файловой переменной становится отдельной записью во внешнем файле и может быть прочитан или записан с помощью одной команды. Попытка записать в файл или прочитать из него величину, не совпадающую по типу с типом элементов файла, приводит к ошибке.

Аналогом понятия внутреннего файла в языках Си/Си++ является понятие потока. Отличие от файловой переменной Паскаля состоит в том, что потоку в Си не ставится в соответствие тип. Поток - это байтовая последовательность, передаваемая в процессе ввода-вывода.

Поток должен быть связан с каким-либо внешним устройством или файлом на диске. В терминологии Си это звучит так: поток должен быть направлен на какое-то устройство или файл.

Основные отличия файлов в Си состоят в следующем: здесь отсутствует понятие типа файла и, следовательно, фиксированной структуры записи файла. Любой файл рассматривается как байтовая последовательность:

Стрелочкой обозначен указатель файла, определяющий текущий байт файла. EOF является стандартной константой - признаком конца файла.

Стандартные потоки (istream, ostream, iostream ) служат для работы с терминалом. Строковые потоки (istrstream, ostrstream, strstream ) служат для ввода-вывода из строковых буферов, размещенных в памяти. Файловые потоки (ifstream, ofstream, fstream ) служат для работы с файлами.

· ios базовый потоковый класс

· streambuf буферизация потоков

· istream потоки ввода

· ostream потоки вывода

· iostream двунаправленные потоки

· iostream_withassign поток с переопределенной операцией присваивания

· istrstream строковые потоки ввода

· ostrstream строковые потоки вывода

· strstream двунаправленные строковые потоки

· ifstream файловые потоки ввода

· ofstream файловые потоки вывода

· fstream двунаправленные файловые потоки

· Потоки для работы с файлами создаются как объекты следующих классов:

· ofstream - запись в файл;

· ifstream - чтение из файла;

· fstream - чтение/запись.

· Ввод/вывод в C++ осуществляется с помощью потоков библиотеки C++, доступных при подключении заголовочного файла iostream.h (в VC++.NET – объекта-заголовка iostream). Поток представляет собой объект какого-либо потокового класса.

· Потоковые классы сконструированы на основе базового класса ios:

· ios – базовый потоковый класс;

· istream – класс входных потоков;

Информационные процессы.

Хранение, обработка и передача информации

Взаимосвязь процессов хранения, обработки и передачи информации, виды информационных носителей, способы обработки информации, виды источников и приемников информации, каналы связи, их виды и способы защиты от шума, единица измерения скорости передачи информации, пропускная способность канала связи

Процессы хранения, обработки и передачи информации являются основными информационными процессами. В разных сочетаниях они присутствуют в получении, поиске, защите, кодировании и других информационных процессах. Рассмотрим хранение, обработку и передачу информации на примере действий школьника, которые он выполняет с информацией при решении задачи.

Опишем информационную деятельность школьника по решению задачи в виде последовательности информационных процессов. Условие задачи (информация) хранится в учебнике. Посредством глаз происходит передача информации из учебника в собственную память школьника, в которой информация хранится . В процессе решения задачи мозг школьника выполняет обработку информации. Полученный результат хранится в памяти школьника. Передача результата - новой информации - происходит с помощью руки школьника посредством записи в тетради. Результат решения задачи хранится в тетради школьника.

Таким образом (рис. 9), можно выделить процессы хранения информации (в памяти человека, на бумаге, диске, аудио- или видеокассете и т. п.), передачи информации (с помощью органов чувств, речи и двигательной системы человека) и обработки информации (в клетках головного мозга человека).

Информационные процессы взаимосвязаны. Например, обработка и передача информации невозможны без ее хранения, а для сохранения обработанной информации ее необходимо передать. Рассмотрим каждый информационный процесс более подробно.

Рис. 9. Взаимосвязь информационных процессов

Хранение информации является информационным процессом, в ходе которого информация остается неизменной во времени и пространстве.

Хранение информации не может осуществляться без физического носителя.

Носитель информации - физическая среда, непосредственно хранящая информацию.

Носителем информации, или информационным носителем , может быть:

■ материальный предмет (камень, доска, бумага, магнитные и оптические диски);

■ вещество в различных состояниях (жидкость, газ, твердое тело);

■ волна различной природы (акустическая, электромагнитная, гравитационная).

В примере о школьнике были рассмотрены такие носители информации, как бумага учебника и тетради (материальный предмет), биологическая память человека (вещество). При получении школьником визуальной информации носителем информации являлся отраженный от бумаги свет (волна).

Выделяют два вида информационных носителей: внутренние и внешние . Внутренние носители (например, биологическая память человека) обладают быстротой и оперативностью воспроизведения хранимой информации. Внешние носители (например, бумага, магнитные и оптические диски) более надежны, могут хранить большие объемы информации. Их используют для долговременного хранения информации.

Информацию на внешних носителях необходимо хранить так, чтобы можно было ее найти и, по возможности, достаточно быстро. Для этого информацию упорядочивают по алфавиту, времени поступления и другим параметрам. Внешние носители, собранные вместе и предназначенные для длительного хранения упорядоченной информации, являются хранилищем информации . К числу хранилищ информации можно отнести различные библиотеки, архивы, в том числе и электронные. Количество информации, которое может быть размещено на информационном носителе, определяет информационную емкость носителя. Как и количество информации в сообщении, информационная емкость носителя измеряется в битах.

Обработка информации является информационным процессом, в ходе которого информация изменяется содержательно или по форме.

Обработку информации осуществляет исполнитель по определенным правилам. Исполнителем может быть человек, коллектив* животное, машина.

Обрабатываемая информация хранится во внутренней памяти исполнителя. В результате обработки информации исполнителем из исходной информации получается содержательно новая информация или информация, представленная в другой форме (рис. 10).

Рис. 10. Обработка информации

Вернемся к рассмотренному примеру о школьнике, решившем задачу. Школьник, который являлся исполнителем , получил исходную информацию в виде условия задачи, обработал информацию в соответствии с определенными правилами (например, правилами решения математических задач) и получил новую информацию в виде искомого результата. В процессе обработки информация хранилась в памяти школьника, которая является внутренней памятью человека.

Обработка информации может осуществляться путем:

■ математических вычислений, логических рассуждений (например, решение задачи);

■ исправления или добавления информации (например, исправление орфографических ошибок);

■ изменения формы представления информации (например, замена текста графическим изображением);

■ кодирования информации (например, перевод текста с одного языка на другой);

■ упорядочения, структурирования информации (например, сортировка фамилий по алфавиту).

Вид обрабатываемой информации может быть различным, и правила обработки могут быть разными. Автоматизировать процесс обработки можно лишь в том случае, когда информация представлена специальным образом, а правила обработки четко определены.

Передача информации является информационным процессом, в ходе которого информация переносится с одного информационного носителя на другой.

Процесс передачи информации, как ее хранение и обработка, также невозможен без носителя информации. В примере о школьнике в тот момент, когда он читает условие задачи, информация передается с бумаги (с внешнего информационного носителя) в биологическую память школьника (на внутренний информационный носитель). Причем процесс передачи информации происходит с помощью отраженного от бумаги света - волны, которая является носителем информации.

Процесс передачи информации происходит между источником информации , который ее передает, и приемником информации , который ее принимает. Например, книга является источником информации для читающего ее человека, а читающий книгу человек - приемником информации. Передача информации от источника к приемнику осуществляется по каналу связи (рис.11). Каналом связи могут быть воздух, вода, металлические и оптоволоконные провода.

Рис. 11. Передача информации

Между источником и приемником информации может существовать обратная связь . В ответ на полученную информацию приемник может передавать информацию источнику. Если источник является одновременно и приемником информации, а приемник является источником, то такой процесс передачи информации называется обменом информацией.

В качестве примера рассмотрим устный ответ ученика учите лю на уроке. В этом случае источником информации являете! ученик, а приемником информации - учитель. Источник и приемник информации имеют носители информации - биологиче скую память. В процессе ответа ученика учителю происходи1: передача информации из памяти ученика в память учителя Каналом связи между учеником и учителем является воздух а процесс передачи информации осуществляется с помощью носителя информации- акустической волны. Если учитель ш только слушает, но и корректирует ответ ученика, а ученик учитывает замечания учителя, то между учителем и учеником происходит обмен информацией.

Информация передается по каналу связи с определенной скоростью, которая измеряется количеством передаваемой информации за единицу времени (бит/с). Реальная скорость передач* информации не может быть больше максимально возможно* скорости передачи информации по данному каналу связи, которая называется пропускной способностью канала связи и зависит от его физических свойств.

Скорость передачи информации - количество информации, передаваемое за единицу времени.

Пропускная способность канала связи - максимально возможная скорость передачи информации по данному каналу связи.

По каналу связи информация передается с помощью сигналов. Сигнал - это физический процесс, соответствующий какому-либо событию и служащий для передачи сообщения об этом событии по каналу связи. Примерами сигналов являются взмахи флажками, мигания ламп, запуски сигнальных "ракет, телефонные звонки. Сигнал может передаваться с помощью волн. Например, радиосигнал передается электромагнитной волной, а звуковой сигнал - акустической волной. Преобразование сообщения в сигнал, который может быть передан по каналу связи от источника к приемнику информации, происходит посредством кодирования. Преобразование сигнала в сообщение, которое будет понятно приемнику информации, выполняется с помощью декодирования (рис. 12).

Рис. 12. Передача сигналов

Кодирование и декодирование может осуществляться как живым существом (например, человеком, животным), так и техническим устройством (например, компьютером, электронным переводчиком).

В процессе передачи информации возможны искажения или потери информации под воздействием помех, которые называются шумом . Шум возникает из-за плохого качества каналов связи или их незащищенности. Существуют разные способы защиты от шума, например техническая защита каналов связи или многократная передача информации.

Например, из-за шума улицы, доносящегося из открытого окна, ученик может не расслышать часть передаваемой учителем звуковой информации. Для того чтобы ученик услышал объяснение учителя без искажений, можно заранее закрыть окно или попросить учителя повторить сказанное.

Сигнал может быть непрерывным или дискретным. Непрерывный сигнал плавно меняет свои параметры во времени. Примером непрерывного сигнала являются изменения атмосферного давления, температуры воздуха, высоты Солнца над горизонтом. Дискретный сигнал скачкообразно меняет свои параметры и принимает конечное число значений в конечном числе моментов времени. Сигналы, представленные в виде отдельных знаков, являются дискретными. Например, сигналы азбуки Морзе, сигналы, служащие для передачи текстовой и числовой информации, - это дискретные сигналы. Поскольку каждому отдельному значению дискретного сигнала можно поставить в соответствие определенное число, то дискретные сигналы иногда называют цифровыми.

Сигналы одного вида могут быть преобразованы в сигналы другого вида. Например, график функции (непрерывный сигнал) может быть представлен в виде таблицы отдельных значений (дискретный сигнал). И наоборот, зная значения функции для разных значений аргументов, можно построить график функции по точкам. Звучащую музыку, которая передается непрерывным сигналом, можно представить в виде дискретной нотной записи. И наоборот, по дискретным нотам можно сыграть непрерывное музыкальное произведение. Во многих случаях преобразования одного вида сигнала в другой могут приводить к потере части информации.

Существуют технические устройства, которые работают с непрерывными сигналами (например, ртутный термометр, микрофон, магнитофон), и технические устройства, работающие с дискретными сигналами (например, проигрыватель для компакт-дисков, цифровой фотоаппарат, сотовый телефон). Компьютер может работать как с непрерывными, так и дискретными сигналами.

Передается в виде сообщений от некоторого источника информации к ее приемнику посредством канала связи. Источник посылает передаваемое сообщение, которое кодируется в передаваемый сигнал. Этот сигнал посылается по каналу связи. В результате в приемнике появляется принимаемый сигнал, который декодируется и становится принимаемым сообщением. Передача информации по каналам связи часто сопровождается воздействием помех, вызывающих искажение и потерю информации.

Общая схема передачи информации

Чтобы информацию более точно и экономно передать по каналам связи, ее надо соответственно закодировать.

Информация не может существовать без материального носителя, без передачи энергии. Закодированное сообщение приобретает вид сигналов-носителей информации, которые идут по каналу. Выйдя на приемник, сигналы должны обрести вновь общепонятный вид с помощью декодирующего устройства.

Совокупность устройств, предметов или объектов, предназначенных для передачи информации от одного из них, именуемого источником, к другому, именуемому приемником, называется каналом информации, или информационным каналом .

Примеры информационных каналов

Примером канала может служить почта. Информация, закодированная в виде текста, помещается в конверт, поступает в почтовый ящик, извлекается оттуда и перевозится в почтовое отделение, где сортируется (вручную или машиной). Далее информация перемещается с помощью поезда (самолета, теплохода и т.п.) в почтовое отделение пункта назначения, сортируется и доставляется адресату. Таким образом, почтовый канал включает в себя: конверт (предмет), транспорт и сортировочные машины (устройства), почтовых работников (объекты). Информация, помещенная в этот канал, остается неизменной .

Другим примером может служить телефон. При телефонной передаче источник сообщения - говорящий человек (абонент). Кодирующее устройство, изменяющее звуки слов в электрические импульсы, - микрофон. Канал, по которому передается информация, - телефонный провод. Часть трубки, которую мы подносим к уху, выполняет роль декодирующего устройства (электрические сигналы снова преобразуются в звуки). Информация поступает в "принимающее устройство" - ухо человека на другом конце провода. Канал включает в себя телефонные аппараты (устройства), провода (предметы) и аппаратуру АТС (устройства). Особенностью этого информационного канал является то обстоятельство, что при поступлении в него информация, представленная в виде звуковых волн, преобразуется в электрические колебания и затем передается. Такой канал называется каналом с преобразованием информации .

Еще один пример - компьютер. Отдельные его системы передают одна другой информацию с помощью сигналов. Компьютер - устройство для обработки информации (как станок - устройство для обработки металла), он не создает из "ничего" информацию, а преобразует то, что в него введено. Компьютер является информационным каналом с преобразованием информации: информация поступает с внешних устройств (клавиатура, диск, микрофон), преобразуется во внутренний код и обрабатывается, преобразуется в вид, пригодный для восприятия внешним выходным устройством (монитором, печатающим устройством, динамиками и др.), и передается на них.

Живой нерв - канал совершенно другой природы. Здесь все сообщения передаются нервным импульсом. Но в технических каналах связи направление передачи информации может меняться, а по нервной системе передача идет в одном направлении.

Литература

1. Романова Ю.Д. Информатика и информационные технологии: учебное пособие/Ю.Д. Романова, И.Г. Лесничая, В.И. Шестаков, И.В. Миссинг, П.А. Музычкин; под ред. Ю.Д. Романовой. - 3-е изд.,перераб. и доп. - М.:Эксмо, 2008.-592с.-(Высшее экономическое образование).