В англоезичните страни се използва терминът компютърна наука – компютърна наука.

Теоретичната основа на информатиката е група от фундаментални науки като: теория на информацията, теория на алгоритмите, математическа логика, теория на формалните езици и граматики, комбинаторен анализ и др. В допълнение към тях компютърните науки включват раздели като компютърна архитектура, операционни системи, теория на базите данни, технология за програмиране и много други. Важно при определянето на компютърните науки като наука е, че от една страна, тя се занимава с изучаването на устройствата и принципите на работа на компютърната техника, а от друга страна, със систематизирането на техниките и методите за работа с програми, които контролира тази технология.

Информационните технологии са набор от специфични хардуерни и софтуерни инструменти, които се използват за извършване на различни операции по обработка на информация във всички сфери на нашия живот и дейност. Информационните технологии понякога се наричат ​​компютърни технологии или приложна информатика.

Информация аналогова и цифрова.

Терминът "информация" произхожда от латински informatio, – обяснение, изложение, осъзнаване.

Информацията може да бъде класифицирана по различни начини и различните науки го правят по различни начини. Например във философията се прави разлика между обективна и субективна информация. Обективната информация отразява явленията на природата и човешкото общество. Субективната информация се създава от хората и отразява тяхното виждане за обективни явления.

В компютърните науки аналоговата информация и цифровата информация се разглеждат отделно. Това е важно, тъй като човек, благодарение на сетивата си, е свикнал да работи с аналогова информация, докато компютърната технология, напротив, работи предимно с цифрова информация.

Човек възприема информацията чрез сетивата. Светлината, звукът, топлината са енергийни сигнали, а вкусът и миризмата са резултат от излагане на химични съединения, които също имат енергийна природа. Човек непрекъснато изпитва енергийни въздействия и може никога да не срещне същата комбинация от тях два пъти. Няма две еднакви зелени листа на едно дърво и два абсолютно еднакви звука - това е аналогова информация. Ако дадете числа на различни цветове и ноти на различни звуци, тогава аналоговата информация може да се превърне в цифрова информация.

Музиката, когато се слуша, носи аналогова информация, но когато се нотира, става цифрова.

Разликата между аналоговата информация и цифровата информация е преди всичко, че аналоговата информация е непрекъсната, докато цифровата информация е дискретна.

Към цифровите устройства спадат персоналните компютри – те работят с информация, представена в цифров вид, цифрови са и музикалните плейъри на лазерни компактдискове.

Кодиране на информация.

Кодирането на информация е процес на формиране на определено представяне на информация. .

В по-тесен смисъл терминът "кодиране" често се разбира като преход от една форма на представяне на информация към друга, по-удобна за съхранение, предаване или обработка.

Компютърът може да обработва само информация, представена в цифрова форма. Цялата друга информация (звуци, изображения, показания на инструментите и т.н.) трябва да се преобразува в цифрова форма за обработка на компютър. Например, за да се определи количествено музикалният звук, може да се измери интензитета на звука при определени честоти на кратки интервали, представяйки резултатите от всяко измерване в цифрова форма. С помощта на компютърни програми е възможно да се трансформира получената информация, например „наслагване“ на звуци от различни източници един върху друг.

По подобен начин текстовата информация може да се обработва на компютър. Когато се въвежда в компютър, всяка буква се кодира с определен номер, а когато се извежда на външни устройства (екран или печат), за човешкото възприятие изображенията на буквите се изграждат с помощта на тези числа. Съответствието между набор от букви и цифри се нарича кодиране на знаци.

По правило всички числа в компютъра се представят с нули и единици (а не с десет цифри, както е обичайно за хората). С други думи, компютрите обикновено работят в двоичен код бройна система, тъй като в този случай устройствата за тяхната обработка са много по-прости.

Единици за измерване на информация. малко. Байт.

Битът е най-малката единица за представяне на информация. Байт - най-малката единица за обработка и предаване на информация .

Решавайки различни проблеми, човек използва информация за света около нас. Често се чува, че едно съобщение носи малко информация или, обратно, съдържа изчерпателна информация, докато различните хора, които получават едно и също съобщение (например след като са прочели статия във вестник), оценяват различно количеството информация, съдържаща се в него. Това означава, че знанията на хората за тези събития (явления) преди получаване на съобщението са били различни. Следователно количеството информация в едно съобщение зависи от това колко ново е съобщението за получателя. Ако в резултат на получаване на съобщение се постигне пълна яснота по даден въпрос (т.е. несигурността изчезне), те казват, че е получена изчерпателна информация. Това означава, че няма нужда от допълнителна информация по тази тема. Напротив, ако след получаване на съобщението несигурността е останала същата (отчетената информация е или вече известна, или не е от значение), тогава не е получена информация (нулева информация).

Хвърлянето на монета и гледането как пада предоставя определена информация. Двете страни на монетата са „равни“, така че и двете страни са еднакво вероятно да се появят. В такива случаи се казва, че събитието носи информация в 1 бит. Ако сложим две топки с различни цветове в торба, тогава чрез сляпо теглене на една топка ще получим и информация за цвета на топката в 1 бит.

Единицата за измерване на информация се нарича бит (bit) - съкращение от английските думи binary digit, какво означава двоична цифра.

В компютърната технология битът съответства на физическото състояние на носителя на информация: магнетизиран - немагнетизиран, има дупка - няма дупка. В този случай едното състояние обикновено се обозначава с числото 0, а другото с числото 1. Изборът на една от двете възможни опции също ви позволява да разграничите логическата истина от лъжата. Поредица от битове може да кодира текст, изображение, звук или друга информация. Този метод за представяне на информация се нарича двоично кодиране. (двоично кодиране) .

В компютърните науки често се използва количество, наречено байт, което е равно на 8 бита. И ако битът ви позволява да изберете една опция от две възможни, тогава байтът съответно е 1 от 256 (2 8). Заедно с байтовете, по-големи единици се използват за измерване на количеството информация:

1 KB (един килобайт) = 2\up1210 байта = 1024 байта;

1 MB (един мегабайт) = 2\up1210 KB = 1024 KB;

1 GB (един гигабайт) = 2\up1210 MB = 1024 MB.

Например една книга съдържа 100 страници; 35 реда на страница, 50 знака на ред. Обемът на информацията, съдържаща се в книгата, се изчислява, както следва:

Страницата съдържа 35 × 50 = 1750 байта информация. Обемът на цялата информация в книгата (в различни единици):

1750 × 100 = 175 000 байта.

175 000 / 1024 = 170,8984 KB.

170.8984 / 1024 = 0.166893 MB.

Файл. Файлови формати.

Файлът е най-малката единица за съхранение на информация, която съдържа поредица от байтове и има уникално име.

Основната цел на файловете е да съхраняват информация. Те също така са проектирани да прехвърлят данни от програма на програма и от система на система. С други думи, файлът е хранилище на стабилни и мобилни данни. Но файлът е повече от просто хранилище на данни. Файлът обикновено има име, атрибути, време на модификация и време на създаване.

Файловата структура е система за съхраняване на файлове на устройство за съхранение, като например диск. Файловете са организирани в директории (понякога наричани директории или папки). Всяка директория може да съдържа произволен брой поддиректории, всяка от които може да съхранява файлове и други директории.

Начинът, по който данните са организирани в байтове, се нарича файлов формат. .

За да прочетете файл, например електронна таблица, трябва да знаете как байтовете представят числата (формули, текст) във всяка клетка; за да прочетете файл на текстов редактор, трябва да знаете кои байтове представляват знаци и кои шрифтове или полета, както и друга информация.

Програмите могат да съхраняват данни във файл по начин, избран от програмиста. Често се очаква обаче, че файловете ще бъдат използвани от различни програми, така че много приложни програми поддържат някои от по-често срещаните формати, така че другите програми да могат да разберат данните във файла. Софтуерните компании (които искат техните програми да станат „стандарти“) често публикуват информация за форматите, които създават, за да могат да се използват в други приложения.

Всички файлове могат условно да бъдат разделени на две части - текстови и двоични.

Текстовите файлове са най-разпространеният тип данни в компютърния свят. Един байт най-често се разпределя за съхраняване на всеки знак, а текстовите файлове се кодират с помощта на специални таблици, в които всеки знак съответства на определено число, което не надвишава 255. Файл за кодиране, който използва само 127 първи числа, се нарича ASCII- файл (съкратено от American Standard Code for Information Intercange - американски стандартен код за обмен на информация), но такъв файл не може да съдържа букви, различни от латински (включително руски). Повечето национални азбуки могат да бъдат кодирани с помощта на осембитова таблица. За руския език в момента най-популярни са три кодировки: Koi8-R, Windows-1251 и така нареченото алтернативно (alt) кодиране.

Езици като китайски съдържат значително повече от 256 знака, така че се използват няколко байта за кодиране на всеки знак. За да спестите място, често се използва следният трик: някои символи се кодират с помощта на един байт, докато други използват два или повече байта. Един опит за обобщаване на този подход е стандартът Unicode, който използва диапазон от числа от нула до 65 536 за кодиране на знаци.Такъв широк диапазон позволява символите на даден език от всяко кътче на планетата да бъдат представени цифрово.

Но чистите текстови файлове стават все по-редки. Документите често съдържат снимки и диаграми и се използват различни шрифтове. В резултат на това се появяват формати, които са различни комбинации от текстови, графични и други форми на данни.

Двоичните файлове, за разлика от текстовите файлове, не са толкова лесни за преглед и обикновено не съдържат познати думи - само много неясни знаци. Тези файлове не са предназначени да бъдат директно четими от хора. Примери за двоични файлове са изпълними програми и графични файлове.

Примери за двоично кодиране на информация.

Сред разнообразието от информация, обработвана на компютър, значителна част е цифрова, текстова, графична и аудио информация. Нека се запознаем с някои начини за кодиране на тези видове информация в компютър.

Кодиране на числа.

Има два основни формата за представяне на числа в компютърната памет. Единият от тях се използва за кодиране на цели числа, вторият (така нареченото представяне на число с плаваща запетая) се използва за определяне на определено подмножество от реални числа.

Наборът от цели числа, които могат да бъдат представени в компютърната памет, е ограничен. Диапазонът от стойности зависи от размера на областта на паметта, използвана за съхраняване на числата. AT к-битовата клетка може да съхранява 2 кразлични стойности на цели числа .

За да получите вътрешното представяне на положително цяло число нсъхранявани в к-битова машинна дума, имате нужда от:

1) преведете числото N в двоичната бройна система;

2) полученият резултат се допълва отляво с незначещи нули до k цифри.

Например, за да получите вътрешното представяне на цялото число 1607 в 2-байтова клетка, числото се преобразува в двоично: 1607 10 = 11001000111 2 . Вътрешното представяне на това число в клетката е: 0000 0110 0100 0111.

За да напишете вътрешното представяне на отрицателно цяло число (–N), трябва:

1) вземете вътрешното представяне на положително число н;

2) вземете кода за връщане на това число, като замените 0 с 1 и 1 с 0;

3) добавете 1 към полученото число.

Вътрешното представяне на отрицателно цяло число е -1607. Използвайки резултата от предишния пример, вътрешното представяне на положителното число 1607 е написано: 0000 0110 0100 0111. Обратният код се получава чрез обръщане: 1111 1001 1011 1000. Добавя се едно: 1111 1001 1011 1001 - това е вътрешният двоично представяне на числото -1607.

Форматът с плаваща запетая използва представяне на реални числа Ркато продукт на мантисата мвъз основа на бройната система ндо някъде стр, което се нарича ред: R=m * np.

Представянето на число във форма с плаваща запетая е двусмислено. Например следните равенства са верни:

12,345 \u003d 0,0012345 × 10 4 = 1234,5 × 10 -2 = 0,12345 × 10 2

Най-често компютрите използват нормализирано представяне на число във форма с плаваща запетая. Мантисата в това представяне трябва да отговаря на условието:

0,1 p J мстр. С други думи, мантисата е по-малка от 1 и първата значима цифра не е нула ( стре основата на бройната система).

В паметта на компютъра мантисата е представена като цяло число, съдържащо само значещи цифри (0 цели числа и запетая не се съхраняват), така че за числото 12,345 числото 12,345 ще бъде съхранено в клетката с памет, предназначена за съхранение на мантисата. уникално възстановяване на оригиналния номер, остава само да се запази редът му, в този пример е 2.

Кодиране на текст.

Наборът от знаци, използвани за писане на текст, се нарича азбука. Броят на знаците в една азбука се нарича нейна кардиналност.

За представяне на текстова информация в компютър най-често се използва азбука с капацитет 256 знака. Един знак от такава азбука носи 8 бита информация, тъй като 2 8 \u003d 256. Но 8 бита съставляват един байт, следователно двоичният код на всеки знак заема 1 байт компютърна памет.

Всички символи на такава азбука са номерирани от 0 до 255 и всяко число съответства на 8-битов двоичен код от 00000000 до 11111111. Този код е поредният номер на знака в двоичната бройна система.

За различните типове компютри и операционни системи се използват различни таблици за кодиране, които се различават по реда, в който се поставят азбучните знаци в таблицата за кодиране. Вече споменатата ASCII таблица за кодиране е международният стандарт за персонални компютри.

Принципът на кодирането с последователна азбука е, че в кодовата таблица на ASCII латинските букви (главни и малки) са подредени по азбучен ред. Подреждането на числата също е подредено във възходящ ред на стойностите.

Само първите 128 знака са стандартни в тази таблица, т.е. знаци с числа от нула (двоичен код 00000000) до 127 (01111111). Това включва букви от латинската азбука, цифри, препинателни знаци, скоби и някои други символи. Останалите 128 кода, започващи с 128 (двоичен код 10000000) и завършващи с 255 (11111111), се използват за кодиране на букви от национални азбуки, псевдографика и научни символи.

Кодиране на графична информация.

Видео паметта съдържа двоична информация за изображението, изведено на екрана. Почти всички изображения, създадени, обработени или гледани с помощта на компютър, могат да бъдат разделени на две големи части - растерна и векторна графика.

Растерните изображения са еднослойна мрежа от точки, наречени пиксели (пиксел, от английския елемент на картината). Кодът на пиксела съдържа информация за неговия цвят.

За черно-бяло изображение (без полутонове) един пиксел може да приема само две стойности: бяло и черно (свети - не свети), като един бит памет е достатъчен, за да го кодира: 1 - бяло, 0 - черно.

Един пиксел на цветен дисплей може да има различни цветове, така че един бит на пиксел не е достатъчен. Два бита на пиксел са необходими за кодиране на 4-цветно изображение, тъй като два бита могат да приемат 4 различни състояния. Например, може да се използва тази опция за цветово кодиране: 00 - черно, 10 - зелено, 01 - червено, 11 - кафяво.

При RGB мониторите цялото разнообразие от цветове се получава чрез комбиниране на основните цветове - червен (Red), зелен (Green), син (Blue), от които можете да получите 8 основни комбинации:

Разбира се, ако имате възможност да контролирате интензивността (яркостта) на блясъка на основните цветове, тогава броят на различните варианти за техните комбинации, генериращи различни нюанси, се увеличава. Брой различни цветове - Да сеи броя на битовете за кодирането им - нса свързани помежду си с проста формула: 2 н = Да се.

За разлика от растерната графика векторно изображение на слоеве. Всеки елемент от векторното изображение - линия, правоъгълник, кръг или фрагмент от текст - се намира в свой собствен слой, чиито пиксели се задават независимо от другите слоеве. Всеки елемент на векторно изображение е обект, който се описва с помощта на специален език (математически уравнения на линии, дъги, кръгове и др.) Сложните обекти (прекъснати линии, различни геометрични фигури) се представят като набор от елементарни графични обекти.

Обектите с векторно изображение, за разлика от растерната графика, могат да променят размера си без загуба на качество (зърнистостта се увеличава, когато растерното изображение се увеличава).

Звуково кодиране.

Ние знаем от физиката този звук са въздушни вибрации. Ако преобразувате звука в електрически сигнал (например с помощта на микрофон), можете да видите напрежение, което се променя плавно във времето. За компютърна обработка такъв аналогов сигнал трябва по някакъв начин да бъде преобразуван в поредица от двоични числа.

Това се прави например по този начин - напрежението се измерва на редовни интервали и получените стойности се записват в паметта на компютъра. Този процес се нарича семплиране (или дигитализиране), а устройството, което го извършва, се нарича аналогово-цифров преобразувател (ADC).

За да възпроизведете звука, кодиран по този начин, трябва да извършите обратното преобразуване (за това се използва цифрово-аналогов преобразувател). - DAC), и след това изгладете получения стъпков сигнал.

Колкото по-висока е честотата на семплиране и колкото повече битове са разпределени за всяка семпла, толкова по-точно ще бъде представен звукът, но размерът на звуковия файл също ще се увеличи. Следователно, в зависимост от естеството на звука, изискванията за неговото качество и количеството заета памет, се избират някои компромисни стойности.

Описаният метод за кодиране на звукова информация е доста универсален, той ви позволява да представяте всеки звук и да го трансформирате по различни начини. Но има моменти, когато е по-полезно да се действа по различен начин.

Отдавна се използва доста компактен начин за представяне на музика - музикална нотация. Той показва със специални символи каква е височината на звука, на кой инструмент и как се свири. Всъщност може да се счита за алгоритъм за музикант, написан на специален формален език. През 1983 г. водещи производители на компютри и музикални синтезатори разработиха стандарт, който дефинира такава система от кодове. Нарича се MIDI.

Разбира се, такава система за кодиране ви позволява да записвате не всеки звук, тя е подходяща само за инструментална музика. Но има и неоспорими предимства: изключително компактен запис, естественост за музикант (почти всеки MIDI редактор ви позволява да работите с музика под формата на обикновени бележки), лекота на смяна на инструменти, промяна на темпото и ключа на мелодията.

Има и други, чисто компютърни формати за запис на музика. Сред тях е форматът MP3, който ви позволява да кодирате музика с много високо качество и компресия, като вместо 18–20 музикални композиции, на стандартен компакт диск (CDROM) са поставени около 200. Една песен заема приблизително 3,5 Mb, което позволява Лесно е за интернет потребителите да обменят музикални композиции.

Компютърът е универсална информационна машина.

Едно от основните предназначения на компютъра е обработката и съхранението на информация. С появата на компютрите стана възможно да се оперира с немислими преди това обеми информация. Библиотеките с научна и художествена литература се преобразуват в електронен вид. Старите фото- и филмови архиви получават нов живот в цифров вид.

Анна Чугайнова

ИНФОРМАЦИЯ (английска информатика), наука за извличане на информация от съобщения, създаване на информационни ресурси, програмиране на поведението на машини и други обекти, свързани с изграждането и използването на среда човек-машина за решаване на проблеми на моделиране, проектиране, взаимодействие, обучение, и др. Изучава свойствата на информацията, методите за извличането й от съобщенията и представянето й в даден вид; свойства, методи и средства за информационно взаимодействие; свойства на информационните ресурси, методи и средства за тяхното създаване, представяне, съхранение, натрупване, търсене, прехвърляне и защита; свойства, методи и средства за конструиране и използване на програмируеми машини и среда човек-машина за решаване на проблеми.

Научно производство на информатика

Научното производство на информатика служи като методологична основа за изграждане на човеко-машинна среда за решаване на проблеми (фиг. 1), свързани с различни области на дейност.

Резултатите от изследванията на обекти (обикновено наричани обекти в науката) са представени чрез техните символни и/или физически модели. Символните модели са описания на придобитите знания [вж. Символно моделиране(s-modeling)], а физическите са прототипи на изследваните обекти, отразяващи техните свойства, поведение и т.н. Научният резултат е модел на система от знания (или компонент на предварително дефиниран и публикуван модел), който описва набор от обекти, включително обекта, който се изследва, и връзките между тях. Описанието на модела е представено под формата на съобщение, предназначено за разпознаване и тълкуване от научната общност. Стойността на резултата зависи от предсказващата сила, възпроизводимостта и приложимостта на модела, както и от свойствата на съобщението, съдържащо неговото описание.

Примери за резултати, които са изиграли изключителна роля в методологичната подкрепа за изграждане на среда човек-машина за решаване на проблеми, могат да бъдат: моделът на цифрова електронна машина, изобретен от J. von Neumann с програмни инструкции и данни, съхранявани в споделена памет [ известен като модела на фон Нойман] и архитектурата на фон Нойман] ; изобретен от създателя на мрежата (вж. Световната мрежа) T. Бърнърс Лий HTTP протокол (англ. Hypertext Transfer Protocol - протокол за хипертекст трансфер), който е протокол на ниво приложение, който определя правилата за прехвърляне на съобщения в хипермедийни (виж Мултимедийни) системи, и унифициран идентификатор на ресурс URI (англ. Uniform Resource Identifier), което се превърна в стандарт за записване на адрес на ресурс, публикуван в Интернет. Трудно е да се намери днес (2017 г.) сфера на дейност, в която да не се прилагат научните продукти на информатиката. Въз основа на него са създадени имейл, уеб, търсачки, IP телефония, Интернет на нещата и други интернет услуги (вижте Интернет); цифрово аудио, фото и видеозапис; системи за компютърно проектиране (CAD); компютърни симулатори и роботи (вж. Компютърно моделиране), цифрови комуникационни системи, навигационни системи, 3D принтери и др.

Основни понятия

Продължаващото формиране на информатиката е придружено от развитието на нейния концептуален апарат и усъвършенстване на предмета на изследване. През 2006 г. в Института по проблеми на информатиката на Руската академия на науките (ИПИ РАН) беше създадена нова област на изследване - символно моделиране на произволни обекти в среда човек-машина (съкратено- С символна симулация или s-симулация). Един от първите научни проекти в тази област е посветен на методологията за конструиране на символен модел на информационната система за знания в среда човек-машина. . В теорията на символното моделиране (s-modeling), създадена през 2009 г., беше предложена следващата версия на символния модел на ядрото на системата от концепции за компютърни науки, която включва следните концепции.

Съобщение(английско съобщение) се разглежда като краен подреден набор от символи (визуални, аудио и т.н.; вижте Символ в компютърните науки) или техния код (вижте Код в компютърните науки), който удовлетворява протокола за взаимодействие между източника и получателя. Съществуването на съобщение предполага наличието на източник на съобщение, получател, носител, среда за предаване, средство за доставка и протокол за взаимодействие между източника и получателя. В човеко-машинната среда за решаване на проблеми (s-среда) хората с помощта на програмируеми машини (s-машини) формират съобщения, като ги представят на езици за заявки, програмиране и др.; извършват различни преобразувания (напр. от аналогово в цифрово и обратно; от некомпресирано в компресирано и обратно; от една форма на представяне на документ в друга); разпознават, използват съобщения за конструиране на нови съобщения (програми, документи и др.); интерпретират по модели на концептуални системи (които се съхраняват в паметта на интерпретатора и под формата на съобщения); обмен на съобщения с помощта на софтуерно и хардуерно внедрени системи за правила (мрежови протоколи, вижте по-долу). Компютърна мрежа); запазване и натрупване на съобщения (чрез създаване на електронни библиотеки, енциклопедии и други информационни ресурси), решаване на проблемите с търсенето и защитата на съобщенията.

Интерпретатор на съобщениясе изучава като конструктор на изходното съобщение според входа в съответствие с дадената система от правила за интерпретация. Необходимо условие за изграждане на интерпретатор на съобщения е наличието на модели на входните и изходните езици, както и модели на концептуални системи, на които трябва да се интерпретират съобщенията, написани на входните и изходните езици.

Данни(англ. данни) - съобщение, необходимо за решаване на определен проблем или набор от проблеми, представено във форма, предназначена за разпознаване, трансформиране и интерпретиране от решаващия (програма или лице). Човек възприема данни (текст, изображения и т.н.) в символна форма, докато компютърна програма или компютърно устройство (смартфон, цифров фотоапарат и т.н.) ги възприема в код.

Информация(Английска информация) се изучава в резултат на интерпретацията на съобщението по модела на системата от понятия [вж. Символно моделиране(s-симулация)]. За да се извлече информация от съобщение, е необходимо полученото съобщение да бъде представено във форма, предназначена да бъде разпозната и интерпретирана от получателя на съобщението; концептуални системни модели, съхранени в паметта на интерпретатора, сред които е този, необходим за интерпретиране на полученото съобщение; механизми за търсене на необходимия модел, интерпретиране на съобщението, представяне на резултата от интерпретацията във форма, предназначена за реципиента (фиг. 2).

Например резултатът от интерпретирането на съобщението ma, представено на език a, получено от преводача (човек или робот) под формата на съобщение mb на език b, е информацията, извлечена от съобщението ma.

Програмируема задача(s-проблем) се разглежда като набор (Formul, Rulsys, Alg, Prog), където Formul е формулировката на проблема; Rulsys - набор от системи от задължителни и ориентировъчни правила за решаване на задача, съобразени с Формула; Alg е обединението на набори от алгоритми, всеки от които съответства на един елемент от Rulsys; Prog е обединението на набори от програми, всяка от които е присвоена на един от елементите на Alg. Всеки елемент от Rulsys, Alg и Prog трябва да получи описание на приложението. Описанията на използването на елементите на Rulsys включват спецификация на типа решаващ проблем (автономна s-машина, мрежово сътрудничество на s-машина, сътрудничество човек-s-машина и т.н.), изисквания за информационна сигурност и др. режими на работа на решаващия проблем ( автоматични локални, автоматични разпределени, интерактивни локални и др.), изисквания за получения резултат и др. Описанията на приложението на програмите включват данни за езици за изпълнение, операционни системи и др.

Алгоритъм– формализирано описание на краен набор от стъпки за решаване на проблема, съответстващ на един от елементите на Rulsys и позволяващ едно към едно съответствие с даден набор от входни данни към получения набор от изходни данни.

програма– алгоритъм, реализиран на език за програмиране от високо ниво, машинно-ориентиран език и/или в система от машинни инструкции. Представено под формата на съобщение, което дефинира поведението на s-машина за решаване на проблеми с дадени свойства. Съществува в символни, кодови и сигнални инкарнации, свързани чрез транслационни връзки (виж Компилатор в компютърните науки).

Символ(англ. символ) - заместител на естествен или измислен обект, обозначаващ този обект и представляващ елемент от определена система за конструиране на символни послания (текстове, музикални ноти и др.), предназначени да бъдат възприемани от човек или робот. Например руската азбука е система от текстови символи; буквата А в тази система е символ, който замества съответния звук от системата от речеви звукови символи на руския език; Буквата A съответства на тактилен текстурен символ (възприеман чрез докосване с пръсти) в система за текстови съобщения за слепи, известна като брайлова азбука (виж фиг. Брайл). Наборът от визуални, звукови и други символи, избрани за изграждане на съобщения от определен тип, се разглежда като набор от елементарни конструктивни обекти, всеки от които е надарен с набор от атрибути и набор от разрешени операции. Създаването на структури от елементите на този набор се определя от системата от правила за конструиране на символни модели [за повече подробности вижте статията Символ в компютърните науки (s-символ)].

Кодът(Английски код) - заместител на символ или символно съобщение, използван за представянето им в компютри, смартфони и други програмируеми машини и предназначен за изграждане, запазване, предаване и интерпретиране на символни съобщения [за повече подробности вижте статията Код в компютърните науки ( s-код)].

Сигнал(английски сигнал) е оптично, звуково или друго въздействие, възприемано от човешките сетива или машинни сензори, или представянето на кода под формата на честота на електромагнитно излъчване, композиции от стойности на електрическо напрежение или друго, предназначено да бъде възприемано от хардуера на машината (например централен процесор на компютър, микропроцесоравтомобилен навигатор). Символите, кодовете и сигналите са свързани помежду си чрез трансформационни отношения. На всеки символ и символична конструкция, предназначени за възприемане от човек или робот, може да се присвои едно към едно съответствие с кодове, предназначени да ги манипулират с помощта на компютърен софтуер и компютърни устройства.

Концептуален системен модел. S-моделът Cons на система от понятия се разглежда като двойка (ConsSet, ConsRel), където ConsSet е набор от понятия; ConsRel е семейство от релации, дефинирани на ConsSet. Дефиниция на система от понятия - описание на нейния модел, придружено от посочване на обхвата. Описанието се представя под формата на съобщение, предназначено за интерпретация от получателя, представяне, съхранение, разпространение, натрупване и търсене в човеко-машинната среда на интелектуална дейност. Система от понятия, считана за определена, не трябва да включва понятия, които нямат определения (и в същото време не са свързани с понятия-аксиоми). Определяне на обхвата на приложимост на модела - описание на видовете кореспондент (към когото е адресирана дефиницията), целта, в процеса на постигане на която дефиницията има смисъл (класове задачи, при изучаването на които дефиницията може да бъде полезна), етапът, на който е препоръчително да се използва дефиницията (концепция, методология на решение и т.н.) d.).

Модел на система от знания.Концепцията за "познавам" в s-моделирането [вж. Символно моделиране(s-симулация)] се определя като състояние на приемника на съобщението, когато изходното съобщение, получено в резултат на интерпретацията на входното съобщение, се разпознава като вече известно и не изисква промени в моделите на концептуалните системи, съхранени в паметта на съобщението приемник. Понятието „знание“ се определя като сложна способност за извличане на информация от съобщения, съдържащи условията на задачи от определен клас (това могат да бъдат задачи за разпознаване на образи, превод от един език на друг или други класове задачи). S-моделът на системата от знания се разглежда като триада (Cons, Lang, Interp), където Cons е s-моделът на концептуалната система; Lang е s-моделът на набора от езици за съобщения, интерпретирани на Cons; Interp е s-моделът на колекцията от интерпретатори на Cons на съобщения, съставени на езици от Lang.

Тълкуването на съобщението на модела Cons включва:

1) изграждане на изходно съобщение (извличане на информация) според дадено входно съобщение (съобщенията се представят на езици от набора Lang);

2) анализ на изходното съобщение (необходими ли са промени в модела Cons);

3) ако е необходимо, променете модела Cons; ако не, край.

Например, мозъчният център на съвременната система за автоматизирано проектиране (CAD) е системата от знания. Производителността на дизайна зависи от това колко добре е изграден.

Програмируема машина(s-machine) е софтуерна и хардуерна структура за решаване на проблеми. Суперкомпютри, мейнфрейми, персонални компютри, лаптопи, смартфони, навигатори, цифрови фотоапарати и видеокамери са всички s-автомобили. Клавиатури, мишки, тракболи, тъчпадове и други устройства за въвеждане са компоненти на s-машини, които преобразуват символи в кодове, приети от драйвери (вижте Драйвер в компютърните науки) на съответните устройства. Монитори на персонални компютри, дисплеи на лаптопи, навигатори и др. преобразуват кодове, генерирани от видеоконтролери, в символни композиции, предназначени за зрителния канал на човека.

(s-среда) - асоциация на компютърни мрежи и отделни програмируеми машини, използвани за решаване на различни проблеми. Средства за информатизация на различни видове дейности. S-средата трябва да осигури представянето на цифрови кодове на символни модели и манипулирането на такива кодове с помощта на s-машини. В основата на съвременните цифрови комуникационни технологии, компютърно-подпомогнатия дизайн и т.н., има идея, която е забележителна по отношение на последствията от нейната реализация - да се сведе цялото символно разнообразие до цифрови кодове [и всеки от тях до единичен код (те все още имат двоичен код)] и инструктират работа с кодове на програмируеми машини, комбинирани в среда човек-машина за решаване на проблеми.

Информационно взаимодействие в s-средата(Фиг. 3) се изучава като набор от интерфейси като "човек - човек", "човек - програма", "човек - хардуер на програмируема машина", "програма - програма", "програма - хардуер" (виж Интерфейс Порт в компютърните науки). Човек възприема входните аналогови сигнали (светлина, звук и др.) С помощта на визуални, слухови и други входни устройства на биоинтелигентността (биологична система, която осигурява функционирането на интелекта). Той преобразува сигналите, които го интересуват, в символни визуални, звукови и други конструкции, използвани в процесите на мислене. Изходните сигнали на биоинтелигентността се реализират чрез жестове (например използвани при въвеждане от клавиатурата и мишката), реч и др. Входът и изходът на програмите са входните данни и кодовете на резултатите (вижте фиг. Кодътв компютърните науки), а входът и изходът на хардуера са сигнали. Входните аналогови сигнали се преобразуват в цифрови с помощта на аналогово-цифрови преобразуватели(ADC), а изходът се използва от цифров към аналогов цифрово-аналогови преобразуватели(DAC).

В съвременната (2017 г.) s-среда естествените средства за възприемане, обработка и съхранение на човешки сигнали се допълват от изобретени: цифрови фото- и видеокамери, смартфони и др. Добре позната част от технологиите за информационно взаимодействие представляват бързо развиващите се Интернет услуги. Използва се за взаимодействие с хора електронна поща(английска електронна поща), различни видове интернет връзка [ Интернет телефония(IP-телефония); например, внедрени в интернет услугата Skype; месинджъри (англ. messenger – свързан); например интернет услугата Telegram), социални мрежи (английски социални мрежи) и др. За взаимодействието на нещата, използвани от хората (системи за осветление, поддържане на температура и др.) между тях и с външната среда, информационните технологии на Интернет на нещата” се използват (виж. Интернет ).

Класове основни задачи

Въз основа на изследване на свойства и модели символно моделиране(s-симулация) са дефинирани следните класове основни проблеми на компютърните науки.

Представяне на модели на произволни обекти, предназначен за човешко възприятие и програмируеми машини, се свързва с изобретяването на езици за съобщения, които отговарят на определени изисквания. Този клас изучава символните и кодовите системи, използвани съответно в ориентираните към човека и машината езици. Първият включва езици за спецификация, програмиране, заявки, вторият - системи от машинни инструкции. Този клас включва и задачи за представяне на данни. Той включва задачи за представяне на модели на концептуални системи, върху които се интерпретират съобщенията. На най-високото ниво на йерархията на задачите на този клас е представянето на модели на системи от знания.

Преобразуване на типове и форми на представяне на символни моделиви позволява да установите съответствие между моделите. Задачите за преобразуване на типове (например говор към текст и обратно) и форми (например аналогов към цифров и обратно; некомпресиран към компресиран и обратно; *.doc към *.pdf) са необходимо допълнение към задачи за представяне на модели.

Разпознаване на съобщенияпредполага необходимостта от представянето му във формат, познат на получателя. Когато това условие е изпълнено, за разпознаване на съобщението се решават задачите за съпоставяне с моделите на модела или съпоставянето на свойствата на разпознатия модел със свойствата на моделите на модела. Например, в задачата за биометрична идентификация на човек, неговите биометрични данни (входно съобщение) се сравняват с биометрична проба от базата данни на биометричната система.

Изграждане на моделконцептуални системи, системи от знания, интерпретатори на съобщения върху модели на концептуални системи; модели на задачи, технологии за програмиране, взаимодействие в s-среда; архитектурни модели на s-машини, компютърни мрежи, сервизно-ориентирани архитектури; модели на съобщения и средства за тяхното изграждане, документи и работен процес. На най-високото ниво на йерархията на този клас са задачите за конструиране на модели на s-среда и технологии за символно моделиране.

Тълкуване на съобщения(извличане на информация) предполага съществуването на полученото съобщение, модела на системата от понятия, по който то трябва да бъде интерпретирано, и механизма на интерпретация. Решаването на проблеми в среда човек-машина е интерпретация на първоначалните данни (входно съобщение) по модела на системата от понятия, представени в алгоритъма. Резултатът от решението е изходното съобщение (информация, извлечена от входното съобщение). Ако интерпретаторът е изпълнима програма, тогава първоначалните данни, програмата и резултатът от решаването на проблема са представени от съответните кодове (вижте Код в компютърните науки). За микропроцесора на програмируемата машина съобщенията, които трябва да се интерпретират, и резултатите от интерпретацията се представят чрез сигнали, съответстващи на машинни инструкции и кодове на данни. Например, когато снимате с цифров фотоапарат, съобщение (под формата на светлинен сигнал) действа върху фоточувствителна матрица, разпознава се от нея и след това се преобразува в цифров код на изображението, който се интерпретира от програма, която подобрява изображението качество. Полученият резултат се преобразува и записва (във вградената памет или карта с памет на фотоапарата) като графичен файл.

Размяна на съобщения:задачите за конструиране на интерфейси от типа "човек - човек", "човек - програма", "човек - хардуер на програмируема машина", "програма - програма", "програма - хардуер" (виж Интерфейс в компютърните науки), " хардуер - хардуер” (виж Порт в компютърните науки); задачи за обмен на съобщения в среда човек-машина за решаване на проблеми (с въвеждане на податели и получатели; средства за изпращане, предаване и получаване на съобщения; среди за съобщения). Измислени са системи от правила за обмен на съобщения (мрежови протоколи); мрежови архитектури; системи за управление на документи. Например съобщенията се обменят между процесите операционна система(OS), s-machine програми в компютърна мрежа, потребители на електронна поща и др.

Запазване, натрупване и търсене на съобщения:изучават се и типизират запаметяващите и запаметяващите устройства, техните механизми за управление; форми на съхранение и натрупване; носители, методи за съхранение, натрупване и издирване; бази данни и софтуерни библиотеки. Изучават се модели на обекта на търсене (по модел, по признаци, по описание на свойства) и методи за търсене.

Защита на информацията:изучават се проблемите на предотвратяване и откриване на уязвимости, контрол на достъпа, защита срещу прониквания, зловреден софтуер, прихващане на съобщения и неразрешено използване.

Изследователски области

Най-важните научни идеи, влияещи върху развитието на информатиката, са въплътени в методическата подкрепа за изграждането на средства за подпомагане на процесите на познание, информационно взаимодействие и автоматизирано решаване на различни проблеми. На настоящия етап (2017 г.) от развитието на информатиката са актуални следните взаимосвързани комплекси от научни области.

Автоматизация на изчисленията(компютинг с програмируеми машини): изучават се модели, архитектури и командни системи на програмируеми машини; алгоритмизиране на програмируеми задачи [алгоритми и структури от данни, разпределени алгоритми (Distributed Algorithms), рандомизирани алгоритми (Randomized Algorithms) и др.]; разпределени изчисления (Distributed Computing), облачни изчисления (Cloud Computing); сложност и ресурсоемкост на изчисленията.

Програмиране:изучават се системи от текстови символи и кодове; езици за програмиране и спецификации на задачи; преводачи; програмни библиотеки; системно програмиране; Операционна система; системи за инструментално програмиране; системи за управление на бази данни; технологии за програмиране; онлайн услуги за решаване на проблеми и др.

Среда човек-машина за решаване на проблеми(s-среда): изучават се модели, методи и средства за изграждане на s-среда, компютърни мрежи, цифрови комуникационни мрежи, Интернет.

Възприемане и представяне на съобщения, взаимодействие в s-средата:изучават се модели, методи и средства за възприемане и представяне на визуални, звукови, тактилни и други съобщения; компютърно зрение, слух и други изкуствени сензори; формиране на аудио, визуални, тактилни и други съобщения (включително комбинирани), предназначени за човек и робот партньор; разпознаване на аудио, визуални и други съобщения (говор, жестове и др.); обработка на изображения, компютърна графика, визуализация и др.; обмен на съобщения (модели на съобщения, методи и средства за тяхното приемане и предаване); интерфейси на потребителя, програми, хардуер, програми с хардуер; услуги за онлайн взаимодействие (месинджъри, социални мрежи и др.).

Информационни ресурси и системи за решаване на проблеми в s-средата:изучават се модели, методи и средства за конструиране, представяне, запазване, натрупване, търсене, пренос и защита на информационни ресурси; управление на електронни документи; електронни библиотеки и други информационни системи; мрежа (вж Световната мрежа).

Информационна сигурност и криптография:изучават се методи за предотвратяване и откриване на уязвимости; контрол на достъпа; защита на информационни системи от прониквания, зловреден софтуер, прихващане на съобщения; неразрешено използване на информационни ресурси, софтуер и хардуер.

Изкуствен интелект:изучават се модели, методи и инструменти за изграждане на интелигентни роботи, използвани като човешки партньори (за решаване на проблеми със сигурността, ситуационен контрол и др.); експертни методи за вземане на решения.

Символно моделиране:изучават се системи от визуални, звукови, тактилни и други символи, разглеждани като конструктивни обекти за изграждане на модели на произволни обекти, предназначени за човек (системи от понятия и системи от знания, обекти на околната среда и обекти, измислени от хора); системи от кодове, съобразени със системи от символи, които са предназначени за изграждане на кодови еквиваленти на символни модели, предназначени за манипулиране с помощта на програми; езици за описание на символни модели; типизиране на символни модели и техните кодови еквиваленти; методи за конструиране на символни модели на концептуални системи и системи от знания (включително системи от знания за програмируеми задачи) [за повече подробности вижте статията Символно моделиране(s-симулация)].

Формирането на компютърните науки

Символно моделиране на изследваните обектиотдавна служи като основен инструмент за представяне на придобитите знания. Изобретяването на символи (жестови, графични и др.) И изградените от тях символни модели на съобщения, представянето и натрупването на такива модели във външната среда се превърнаха в ключово средство за формиране и развитие на интелектуалните способности. Доминиращата роля на символните модели в интелектуалната дейност се определя не само от тяхната компактност и изразителност, но и от факта, че няма ограничения за видовете медии, използвани за съхраняването им. Носителите могат да бъдат човешка памет, лист хартия, матрица на цифров фотоапарат, памет на цифров диктофон или нещо друго. Разходите за изграждане, копиране, прехвърляне, запазване и натрупване на символни модели са несравнимо по-малки от подобни разходи, свързани с несимволични модели (например модели на кораби, сгради и др.). Без инструменти за символично моделиране е трудно да си представим развитието на науката, инженерството и други дейности.

В ранните етапи от развитието на моделирането разнообразието от моделирани обекти беше ограничено до това, което обикновено се нарича обекти на околната среда, а моделите на тези обекти бяха физически. Развитието на звукови, жестови и други средства за символично моделиране на значения, причинени от необходимостта да се съобщи за опасност, поставянето на ловни обекти и други обекти на наблюдение, допринесе за подобряване на механизмите на познание, взаимно разбиране и обучение. Започнаха да се формират езици за съобщения, включително звукови и жестови символи. Желанието да се моделира поведение (включително собственото) постави нови предизвикателства. Може да се предположи, че първоначално това желание е било свързано с преподаването на рационално поведение на лов, в ежедневието, по време на природни бедствия. На определен етап те мислеха за създаването на такива инструменти за моделиране, които биха позволили изграждането на модели, които позволяват тяхното съхранение, копиране и прехвърляне.

Желанието да се повиши ефективността на обясненията, придружаващи шоуто, доведе до усъвършенстване на концептуалния апарат и средствата за неговото речево въплъщение. Развитието на символни модели под формата на графични схеми и подобряването на речта доведе до графичен модел на речта. Писането беше създадено. Той се превърна не само във важен етап в развитието на символното моделиране, но и в мощен инструмент в развитието на интелектуалната дейност. Сега описанията на обектите за моделиране и връзките между тях могат да бъдат представени чрез композиции от текстове, диаграми и рисунки. Създаден е набор от инструменти за показване на наблюдения, разсъждения и планове под формата на символни модели, които могат да се съхраняват и предават. Актуални станаха задачите за изобретяване на медии, инструменти за писане и създаване на изображения, оцветители и т. н. Това бяха първите задачи по пътя към изграждането на среда за символно моделиране.

Важен етап в графичното моделиране е свързан с модели на схематични изображения (прародителите на чертежите) - основата на дизайна. Представянето на триизмерен обект, който се проектира в три двуизмерни проекции, които показват размерите и имената на частите, изигра решаваща роля в развитието на инженерството. По пътя от ръкописни текстове, чертежи и диаграми до типография и графични модели в дизайна, от звукозапис, фотография и радио до кино и телевизия, от компютри и локални мрежи до глобалната мрежа, виртуални лаборатории и дистанционно обучение, ролята на символичното модели, които човек създава с машини.

Производителността на решаващите проблеми е ключов проблем за продуктивността на интелектуалната дейност, който е постоянно във фокуса на вниманието на изобретателите. Необходимостта от количествени оценки на материалните обекти отдавна е стимулирала изобретяването на системи от звукови, жестови и след това графични символи. Известно време се справяха с правилото: всяка стойност има свой собствен символ. Броенето с помощта на камъчета, пръчици и други предмети (обективно броене) предшества изобретяването на символното броене (въз основа на графично представяне на количества). С нарастването на броя на обектите, които трябва да се използват, задачата за символно представяне на количествата става все по-спешна. Формирането на понятието "числа" и идеята за запазване на символи при моделиране на числа доведе до изобретяването на числови системи. Специално внимание заслужава идеята за позиционни бройни системи, една от които (двоична) през 20 век. е предназначен да играе ключова роля в изобретяването на цифрови програмируеми машини и цифровото кодиране на символни модели. Промяната на значението на символ с промяна на позицията му в последователността от символи е много продуктивна идея, която осигури напредък в изобретяването на изчислителни устройства (от сметалото до компютъра).

Инструменти за повишаване на производителността на хората, решаващи проблеми. През 1622–33 г. английският учен Уилям Отред предлага вариант диаграма, който се превърна в прототип на плъзгащи се линейки, които инженери и изследователи по целия свят използват повече от 300 години (преди персоналните компютри да станат достъпни). През 1642 г. Б. Паскал, опитвайки се да помогне на баща си в изчисленията при събиране на данъци, създава устройство за добавяне на пет цифри ("Паскалин" ), изграден на базата на зъбни колела. В следващите години той създава шест- и осемцифрени устройства, предназначени за добавяне и изваждане на десетични числа. През 1672 г. немският учен G.W.Лайбниц създава цифров механичен калкулатор за аритметични операции с дванадесетцифрени десетични числа. Това беше първият калкулатор, който извършваше всички аритметични операции. Механизмът, наречен "Колелото на Лайбниц", до 1970 г. възпроизвеждани в различни ръчни калкулатори. През 1821 г. започва промишленото производство на сумиращи машини.През 1836–48 г. C. Babbage завършва проекта за механичен десетичен компютър (наречен от него аналитична машина), който може да се разглежда като механичен прототип на бъдещи компютри. Изчислителната програма, данните и резултатът бяха записани на перфокарти. Автоматичното изпълнение на програмата се осигуряваше от управляващото устройство. Колата не е произведена.През 1934 г. - 38 г. К. Цузе създаде механичен двоичен компютър (дължина на думата– 22 двоични цифри; памет– 64 думи; операции с плаваща запетая). Първоначално програмата и данните се въвеждаха ръчно. Приблизително година по-късно (след началото на проектирането) е направено устройство за въвеждане на програма и данни от перфориран филм, а механичното аритметично устройство (AU) е заменено с AU, изградено върху телефонни релета. През 1941 г. Цузе, с участието на австрийския инженер Х. Шрайер, създава първия в света работещ напълно релеен двоичен компютър с програмно управление (Z3). През 1942 г. Цузе създава и първия в света цифров компютър за управление (S2), който се използва за управление на самолети снаряди. Поради секретността на работата, извършена от Цузе, резултатите от нея стават известни едва след края на Втората световна война. Първият в света език за програмиране на високо ниво Plankalkül (на немски Plankalkül - план за смятане) е създаден от Zuse през 1943-45 г., публикуван през 1948 г. Първите цифрови електронни компютри, започвайки с американския компютър ENIAC [(ENIAC - електронен цифров интегратор и компютър - електронен цифров интегратор и калкулатор); начало на разработката - 1943 г., представени на обществеността през 1946 г.], са създадени като средство за автоматизиране на математически изчисления.

Създаване на науката за изчисленията с програмируеми машини. Всички Р. 20-ти век започва производството на цифрови компютри, които в САЩ и Великобритания се наричат ​​компютри (компютри), а в СССР - електронни компютри (компютри). От 1950 г във Великобритания и от 60-те години на миналия век в САЩ започва да се развива науката за изчисленията с помощта на програмируеми машини, наречена Computer Science (компютърни науки). През 1953г Кеймбриджкия университетсформирана е програма по специалност Компютърни науки; в САЩ подобна програма е въведена през 1962 г. в университета Пърдю.

В Германия компютърните науки се наричаха Informatik (компютърни науки). В СССР областта на научните изследвания и инженерството, посветена на конструирането и прилагането на програмируеми машини, се нарича "компютърна технология". През декември 1948 г. И. С. Брук и Б. И. Рамеев получават първото в СССР свидетелство за авторско право за изобретяването на автоматична цифрова машина. През 50-те години на миналия век създадено е първото поколение домашни компютри (елементна база - вакуумни тръби): 1950 г. - MESM (първият съветски електронен компютър, разработен под ръководството на S.A. Лебедев ); 1952 г. - М-1, БЕСМ (до 1953 г. най-бързият компютър в Европа); 1953 - "Стрела" (първият масово произвеждан компютър в СССР); 1955 -Урал-1 от семейството на цифровите компютри с общо предназначение Урал (главен дизайнер Б. И. Рамеев).

Усъвършенстване на методите и средствата за автоматизация. С нарастващата достъпност на компютри за потребители от различни сфери на дейност, която започна през 70-те години на миналия век, се наблюдава намаляване на дела на математическите задачи, решавани с помощта на компютри (първоначално създадени като средство за автоматизиране на математически изчисления), и нарастване на дял от нематематически проблеми (комуникация, търсене и др.). Когато през втората половина на 60-те години на ХХ в. започват да се произвеждат компютърни терминали с екрани, започва разработването на програми за екранни редактори за въвеждане, запазване и коригиране на текст с показването му на цял екран [един от първите екранни редактори е O26, създаден през 1967 г. за конзолни оператори от серия CDC 6000 компютри; през 1970 г. е разработен vi, стандартният екранен редактор за операционни системи Unix и Linux]. Използването на екранни редактори не само увеличи производителността на програмистите, но и създаде предпоставки за значителни промени в средствата за автоматизирано изграждане на символни модели на произволни обекти. Например използването на екранни редактори за формиране на текстове за различни цели (научни статии и книги, ръководства и др.) още през 70-те години на миналия век. позволява значително да се увеличи производителността на създаването на текстови информационни ресурси. През юни 1975 г. американският изследовател Алън Кей [създателят на обектно-ориентирания език за програмиране Smalltalk и един от авторите на идеята за персонален компютър] в статията "Персонални компютри" (« Персонални компютри» ) написа: „Представете си себе си като собственик на автономна машина за знания в преносим калъф с размерите и формата на обикновен тефтер. Как бихте го използвали, ако сензорите му превъзхождаха зрението и слуха ви, а паметта му ви позволяваше да съхранявате и извличате, ако е необходимо, хиляди страници справочни материали, стихове, писма, рецепти, както и рисунки, анимации, музика , графики, динамични модели и нещо друго, което бихте искали да създадете, запомните и промените? . Това твърдение отразява обрата, настъпил по това време в подхода към конструирането и прилагането на програмируеми машини: от средства за автоматизация, главно математически изчисления, до инструменти за решаване на проблеми от различни области на дейност.През 1984 г. Kurzweil Music Systems (KMS), създаден от американския изобретател Реймънд Кърцвейл, произведе първия в света дигитален музикален синтезатор, Kurzweil 250. Това беше първият в света специализиран компютър, който преобразува жестовете, въведени от клавиатурата, в музикални звуци.

Усъвършенстване на методите и средствата за информационно взаимодействие. През 1962 г. американските изследователи J. Licklider и W. Clark публикуват доклад за онлайн взаимодействието човек-машина. Докладът съдържа обосновка за целесъобразността на изграждането на глобална мрежа като инфраструктурна платформа, която осигурява достъп до информационни ресурси, хоствани на компютри, свързани към тази мрежа. Теоретичната обосновка на комутацията на пакети при предаване на съобщения в компютърни мрежи е дадена в статия, публикувана през 1961 г. от американския учен Л. Клайнрок.През 1971 г. Р. Томлинсън (САЩ) изобретява електронната поща, през 1972 г. тази услуга е внедрена. Ключовото събитие в историята на създаването на Интернет е изобретяването през 1973 г. от американските инженери V. Cerf и R. Kahn на протокола за управление на предаването - TCP. През 1976 г. те демонстрираха предаването на мрежов пакет по TCP протокола. През 1983 г. фамилията протоколи TCP/IP е стандартизирана. През 1984 г. е създадена системата за имена на домейни (DNS) (вж.Домейн по компютърни науки). През 1988 г. е разработен протоколът за чат [Internet Real Time Text Messaging Service (IRC - Internet Relay Chat)].През 1989 г. беше реализиран проектът Web (вж. Световната мрежа), разработен от Т. Бърнърс Лий. 6.6.2012 г. - важен ден в историята на Интернет: големи интернет доставчици, производители на оборудване за компютърни мрежии уеб компаниите започнаха да използват протокола IPv6 (заедно с протокола IPv4), на практика решавайки проблема с недостига на IP адреси (виж Интернет). Високата скорост на развитие на Интернет се улеснява от факта, че от самото му създаване професионалистите, ангажирани с научните и технически задачи по изграждането на Интернет, обменят идеи и решения без забавяне, използвайки неговите възможности. Интернет се превърна в инфраструктурна платформа за среда човек-машина за решаване на проблеми. Служи като комуникационна инфраструктура електронна поща, Мрежа, търсачки, Интернет телефония(IP-телефония) и други Интернет услуги, използвани в информатизацията на образованието, науката, икономиката, публичната администрация и други дейности. Електронните услуги, създадени на базата на Интернет, направиха възможно успешното функциониране на различни търговски и нетърговски интернет субекти: онлайн магазини, социални мрежи [Facebook (Facebook), VKontakte, Twitter (Twitter) и др.], търсачки [Google (Google), Yandex (Yandex) и др.], енциклопедични уеб ресурси [Wikipedia (Wikipedia), Webopedia и др.], електронни библиотеки [Световна цифрова библиотека (Световна цифрова библиотека), Научна електронна библиотека eLibrary и др.], корпоративни и правителствени информационни портали и др.

От 2000-те години броят на интернет решенията интензивно нараства - „интелигентна къща“ (Smart House), „интелигентна система за захранване“ (Smart Grid) и др. Успешно се развиват M2M-решения (M2M - Machine-to-Machine), базирани на информационни технологии за взаимодействие машина-към-машина и предназначени за наблюдение на температурни сензори, електромери, водомери и др.; проследяване на местоположението на движещи се обекти на базата на GLONASS и GPS системи (виж. Система за сателитно позициониране); контрол на достъп до охраняеми обекти и др.

Официална регистрация на информатиката в СССР. Информатиката е официално формализирана в СССР през 1983 г., когато е създадена катедрата по информатика, компютърна техника и автоматизация като част от Академията на науките на СССР. Той включва Института по проблеми на информатиката на Академията на науките на СССР, създаден през същата година, както и Института по приложна математика на Академията на науките на СССР, Изчислителния център на Академията на науките на СССР, Института за предаване на информация Проблеми на Академията на науките на СССР и редица други институти. На първия етап изследванията в областта на хардуера и софтуера за масови изчисления и базираните на тях системи се считат за основни. Получените резултати трябваше да станат основа за създаването на семейство домашни персонални компютри (PC) и тяхното приложение за информатизация на научни, образователни и други подходящи дейности.

Проблеми и перспективи

Методическа подкрепа за изграждане на лична s-среда. През следващите години една от актуалните области на методическа подкрепа за подобряване на s-средата ще бъде свързана със създаването на персонализирани системи за решаване на проблеми, чийто хардуер е поставен в оборудването на потребителя. Скоростите на напредналите безжични технологии вече са достатъчни за решаване на много проблеми, базирани на интернет услуги. Очаква се до 2025 г. скоростта и разпространението на безжичните комуникационни технологии да достигнат нива, при които част от съвременните кабелни интерфейси ще бъдат заменени с безжични. Намаляването на цените на интернет услугите ще допринесе и за насърчаване на технологиите за персонализиране на s-средата на потребителя. Действителните проблеми, свързани с персонализирането на s-средата, са: създаването на по-напреднали символни и кодиращи системи; Хардуерно-софтуерно преобразуване на аудио и тактилни съобщения, изпратени от човек, в графики, представени чрез композиция от текст, хипертекст, специални знаци и изображения; технологично усъвършенстване и унификация на безжичните интерфейси [предимно видео интерфейси (изход по избор на потребителя: на специални очила, екрани на монитори, телевизор или друго устройство за видео изход)].

Методическата подкрепа за изграждане на лична s-среда трябва да се основава на резултатите от изследванията в областта на изкуствения интелект, насочени към изграждането не на машинен симулатор на човешкия интелект, а на интелигентен партньор, управляван от човек. Развитието на технологиите за изграждане на лична s-среда включва усъвършенстване на методологиите за дистанционно обучение, взаимодействие и др.

Списък на статиите

1. Измерване на информация - азбучен подход

2. Измерване на информация – смислен подход

3. Информационни процеси

4. Информация

5. Кибернетика

6. Кодиране на информация

7. Обработка на информация

8. Трансфер на информация

9. Представяне на числа

10. Бройни системи

11. Съхранение на информация

Основните обекти на изучаване на науката за компютърните науки са информацияи информационни процеси. Информатиката като самостоятелна наука възниква в средата на 20 век, но научният интерес към информацията и изследванията в тази област се появяват по-рано.

В началото на ХХ век техническите средства за комуникация (телефон, телеграф, радио) се развиват активно.
В тази връзка се появява научното направление „Теория на комуникацията”. Неговото развитие дава началото на теорията на кодирането и теорията на информацията, чийто основател е американският учен К. Шанън. Теорията на информацията реши проблема измервания информацияпредавани по комуникационни канали. Има два подхода за измерване на информация: смислени азбучен.

Най-важната задача, поставена от теорията на комуникацията, е борбата със загубата на информация в каналите за предаване на данни. В хода на решаването на този проблем се формира теория кодиране , в рамките на които са изобретени методи за представяне на информация, които позволяват да се предаде съдържанието на съобщението на адресата без изкривяване, дори при наличие на загуби в предавания код. Тези научни резултати са от голямо значение дори днес, когато обемът на информационните потоци в техническите комуникационни канали е нараснал с много порядъци.

Предшественикът на съвременната информатика е науката "Кибернетика", основана от трудовете на Н. Винер в края на 40-те - началото на 50-те години. В кибернетиката настъпи задълбочаване на концепцията за информация, беше определено мястото на информацията в системите за управление в живите организми, в социалните и техническите системи. Кибернетиката изследва принципите на програмния контрол. Възникнала едновременно с появата на първите компютри, кибернетиката постави научните основи както за тяхното конструктивно развитие, така и за многобройни приложения.

EVM (компютър) - автоматично устройство, предназначено за решаване на информационни проблеми чрез прилагане на информационни процеси: съхранение, обработка и предаване на информация. Описанието на основните принципи и модели на информационните процеси също се отнася до теоретичните основи на компютърните науки.

Компютърът не работи със съдържанието на информация, която само човек може да възприеме, а с данни, представляващи информация. Следователно най-важната задача за компютърните технологии е представяне на информацияпод формата на данни, подходящи за тяхната обработка. Данните и програмите са кодирани в двоична форма. Обработката на всякакъв вид данни в компютър се свежда до изчисления с двоични числа. Ето защо компютърната техника се нарича още цифрова. Концепцията за бройни системи, около представяне на числав компютъра принадлежат към основните понятия на компютърните науки.

Понятието „език“ идва от лингвистиката. език - това е система за символно представяне на информация, използвана за нейното съхранение и предаване. Концепцията за език е една от основните концепции на компютърните науки, тъй като както данните, така и програмите в компютъра са представени като символни структури. Езикът на общуване между компютър и човек все повече се доближава до формите на естествения език.

Теорията на алгоритмите принадлежи към фундаменталните основи на компютърните науки. концепция алгоритъмвъведен в статията „Обработка на информация“. Тази тема е разгледана подробно в пети раздел на енциклопедията.

1. Измерване на информация. Азбучен подход

За измерване се използва азбучен подход количество информацияв текст, представен като последователност от знаци на някаква азбука. Този подход не е свързан със съдържанието на текста.Количеството информация в този случай се нарича информационен обем на текста, който е пропорционален на размера на текста – броя на знаците, които изграждат текста. Понякога този подход за измерване на информация се нарича обемен подход.

Всеки знак от текста носи определено количество информация. Наричат ​​го символно информационно тегло. Следователно информационният обем на текста е равен на сумата от информационните тегла на всички знаци, които съставят текста.

Тук се приема, че текстът е последователен низ от номерирани знаци. Във формула (1) аз 1 обозначава информационната тежест на първия знак от текста, аз 2 - информационната тежест на втория знак от текста и др.; К- размер на текста, т.е. общия брой знаци в текста.

Целият набор от различни знаци, използвани за писане на текстове, се нарича по азбучен ред. Размерът на азбуката е цяло число, наречено силата на азбуката. Трябва да се има предвид, че азбуката включва не само буквите на определен език, но и всички други знаци, които могат да се използват в текста: цифри, препинателни знаци, различни скоби, интервали и др.

Определянето на информационните тегла на символите може да се извърши в две приближения:

1) при предположението за еднаква вероятност (една и съща честота на поява) на всеки знак в текста;

2) отчитане на различната вероятност (различна честота на поява) на различни знаци в текста.

Апроксимация на еднаква вероятност от знаци в текст

Ако приемем, че всички знаци от азбуката във всеки текст се появяват с еднаква честота, тогава информационното тегло на всички знаци ще бъде еднакво. Позволявам н- силата на азбуката. Тогава съотношението на произволен знак в текста е 1/ нчаст от текста. Според определението за вероятност (вж. „Измерване на информация. Съдържателен подход”) тази стойност е равна на вероятността за поява на знак във всяка позиция на текста:

Според формулата на К. Шанън (вж. „Измерване на информация. Съдържателен подход”), количеството информация, което символът носи, се изчислява, както следва:

i = log2(1/ стр) = log2 н(малко) (2)

Следователно информационното тегло на символа ( аз) и кардиналността на азбуката ( н) са свързани помежду си с формулата на Хартли (виж „ Измерване на информация. Съдържателен подход” )

2 аз = Н.

Познаване на информационната тежест на един знак ( аз) и размера на текста, изразен като брой знаци ( К), можете да изчислите информационния обем на текста по формулата:

аз= К · аз (3)

Тази формула е частна версия на формула (1), в случай че всички символи имат еднакво информационно тегло.

От формула (2) следва, че при н= 2 (двоична азбука) информационното тегло на един знак е 1 бит.

От гледна точка на азбучния подход за измерване на информацията 1 бит -е информационното тегло на знак от двоичната азбука.

По-голяма единица информация е байт.

1 байт -е информационното тегло на знак от азбука със степен 256.

Тъй като 256 \u003d 2 8, тогава връзката между бит и байт следва от формулата на Хартли:

2 аз = 256 = 2 8

Оттук: аз= 8 бита = 1 байт

За представяне на текстове, съхранявани и обработвани в компютър, най-често се използва азбука с капацитет 256 знака. Следователно,
1 знак от такъв текст "тежи" 1 байт.

В допълнение към бит и байт, по-големи единици също се използват за измерване на информация:

1 KB (килобайт) = 2 10 байта = 1024 байта,

1 MB (мегабайт) = 2 10 KB = 1024 KB,

1 GB (гигабайт) = 2 10 MB = 1024 MB.

Апроксимация на различни вероятности за поява на знаци в текста

Това приближение отчита, че в реалния текст различни знаци се срещат с различна честота. От това следва, че вероятностите за поява на различни символи в определена позиция от текста са различни и следователно техните информационни тегла са различни.

Статистическият анализ на руски текстове показва, че честотата на буквата „о“ е 0,09. Това означава, че на всеки 100 знака буквата „o“ се среща средно 9 пъти. Същото число показва вероятността буквата „o“ да се появи в определена позиция на текста: стро = 0,09. От това следва, че информационното тегло на буквата „o“ в руския текст е равно на:

Най-рядко срещаната буква в текстовете е буквата “f”. Честотата му е 0,002. Оттук:

От това следва качествен извод: информационното тегло на редките писма е по-голямо от теглото на често срещаните писма.

Как да изчислим информационния обем на текста, като вземем предвид различните информационни тегла на символите на азбуката? Това става по следната формула:

Тук н- размер (сила) на азбуката; n j- брой повторения на номера на знака йв текста; аз дж- информационно тегло на номера на символа й.

Азбучен подход в курса по компютърни науки в основата на училището

В курса по информатика в основното училище запознаването на учениците с азбучния подход за измерване на информация най-често се случва в контекста на компютърното представяне на информация. Основното твърдение е следното:

Количеството информация се измерва с размера на двоичния код, с който тази информация е представена.

Тъй като всякакъв вид информация е представена в паметта на компютъра под формата на двоичен код, това определение е универсално. Важи за символна, цифрова, графична и звукова информация.

Един знак ( освобождаване от отговорност)двоичен код носи 1малко информация.

Когато се обяснява методът за измерване на информационния обем на текст в основния курс по информатика, този въпрос се разкрива чрез следната последователност от понятия: азбука-размер на символния двоичен код-информационен обем на текста.

Логиката на разсъжденията се разгръща от конкретни примери до получаване на общо правило. Нека в азбуката на някой език има само 4 знака. Нека ги обозначим:, , , . Тези символи могат да бъдат кодирани с четири двуцифрени двоични кода: - 00, - 01, - 10, - 11. Тук се използват всички опции за поставяне на два знака по два, чийто брой е 2 2 = 4. A 4-знаковата азбука е равна на два бита.

Следващият специален случай е 8-символна азбука, всеки знак от която може да бъде кодиран с 3-битов двоичен код, тъй като броят на разполаганията на два знака в групи от 3 е 2 3 = 8. Следователно, информационното тегло на знак от 8-символна азбука е 3 бита. и т.н.

Обобщавайки конкретни примери, получаваме общо правило: използване б-битов двоичен код, можете да кодирате азбука, състояща се от н = 2 b- символи.

Пример 1. За да напишете текста, се използват само малки букви от руската азбука и се използва „интервал“ за разделяне на думите. Какъв е информационният обем на текст, състоящ се от 2000 знака (една печатна страница)?

Решение. В руската азбука има 33 букви. Намалявайки го с две букви (например „ё“ и „й“) и въвеждайки знак за интервал, получаваме много удобен брой знаци - 32. Използвайки приближението на еднаква вероятност от знаци, пишем формулата на Хартли:

2аз= 32 = 2 5

Оттук: аз= 5 бита - информационно тегло на всеки знак от руската азбука. Тогава информационният обем на целия текст е равен на:

I = 2000 5 = 10 000 малко

Пример 2. Изчислете информационния обем на текст с размер 2000 знака, в записа на който се използва азбуката на компютърното представяне на текстове с капацитет 256.

Решение. В тази азбука информационното тегло на всеки знак е 1 байт (8 бита). Следователно информационният обем на текста е 2000 байта.

В практическите задачи по тази тема е важно да се развият уменията на учениците за преобразуване на количеството информация в различни единици: битове - байтове - килобайти - мегабайти - гигабайти. Ако преизчислим информационния обем на текста от пример 2 в килобайти, получаваме:

2000 байта = 2000/1024 1,9531 KB

Пример 3. Обемът на съобщение, съдържащо 2048 знака, е 1/512 от мегабайта. Какъв е размерът на азбуката, с която е написано съобщението?

Решение. Нека преведем информационния обем на съобщението от мегабайти в битове. За да направим това, умножаваме тази стойност два пъти по 1024 (получаваме байтове) и веднъж по 8:

I = 1/512 1024 1024 8 = 16384 бита.

Тъй като това количество информация се носи от 1024 знака ( Да се), тогава един знак представлява:

аз = аз/К= 16 384/1024 = 16 бита.

От това следва, че размерът (силата) на използваната азбука е 2 16 = 65 536 знака.

Обемен подход в курса по информатика в гимназията

Изучавайки информатика в 10–11 клас на основното общообразователно ниво, учениците могат да оставят знанията си за обемния подход за измерване на информация на същото ниво, както е описано по-горе, т.е. в контекста на количеството двоичен компютърен код.

Когато изучавате информатика на ниво профил, обемният подход трябва да се разглежда от по-общи математически позиции, като се използват идеи за честотата на знаците в текст, за вероятностите и връзката на вероятностите с информационните тегла на символите.

Познаването на тези въпроси е важно за по-задълбочено разбиране на разликата в използването на еднообразно и нееднородно двоично кодиране (вижте. „Кодиране на информация“), за да разберете някои техники за компресиране на данни (вж. „Компресиране на данни“) и криптографски алгоритми (вж "Криптография" ).

Пример 4. В азбуката на племето MUMU има само 4 букви (A, U, M, K), един препинателен знак (точка) и се използва интервал за разделяне на думите. Изчислено е, че популярният роман "Мумука" съдържа само 10 000 знака, от които: букви A - 4000, букви U - 1000, букви M - 2000, букви K - 1500, точки - 500, интервали - 1000. Колко информация съдържа Книга?

Решение. Тъй като обемът на книгата е доста голям, може да се предположи, че честотата на срещане в текста на всеки от символите на азбуката, изчислена от него, е типична за всеки текст на езика MUMU. Нека изчислим честотата на появяване на всеки знак в целия текст на книгата (т.е. вероятността) и информационните тегла на героите

Общото количество информация в книгата се изчислява като сумата от произведенията на информационното тегло на всеки символ и броя на повторенията на този символ в книгата:

2. Измерване на информация. Съдържателен подход

1) човек получава съобщение за някакво събитие; докато се знае предварително несигурност на знаниеточовек за очакваното събитие. Несигурността на знанието може да се изрази или чрез броя на възможните варианти на събитието, или чрез вероятността на очакваните варианти на събитието;

2) в резултат на получаване на съобщението се премахва несигурността на знанието: от определен възможен брой опции е избран един;

3) формулата изчислява количеството информация в полученото съобщение, изразено в битове.

Формулата, използвана за изчисляване на количеството информация, зависи от ситуации, които могат да бъдат две:

1. Всички възможни варианти на събитието са еднакво вероятни. Броят им е краен и равен н.

2. Вероятности ( стр) възможните варианти на събитието са различни и са предварително известни:

(p i), i = 1.. н. Ето още н- броя на възможните варианти на събитието.

Невероятни събития. Ако се обозначава с азколичеството информация в съобщението, което един от нравновероятни събития, след това количествата ази нса свързани помежду си с формулата на Хартли:

2аз=н (1)

Стойност азизмерено в битове. От това следва извода:

1 бит е количеството информация в съобщението за едно от две еднакво вероятни събития.

Формулата на Хартли е експоненциално уравнение. Ако азе неизвестно количество, тогава решението на уравнение (1) ще бъде:

i = log 2 н (2)

Формули (1) и (2) са идентични една с друга. Понякога в литературата формулата на Хартли се нарича (2).

Пример 1. Колко информация съдържа съобщението, че дамата пика е взета от тесте карти?

В тестето има 32 карти. В разбъркано тесте загубата на която и да е карта е равновероятно събитие. Ако аз- количеството информация в съобщението, че определена карта е паднала (например дама пика), след това от уравнението на Хартли:

2 аз = 32 = 2 5

Оттук: аз= 5 бита.

Пример 2. Колко информация съдържа съобщението за хвърлянето на лице с числото 3 върху шестстранен зар?

Разглеждайки загубата на всяко лице като еднакво вероятно събитие, ние записваме формулата на Хартли: 2 аз= 6. Следователно: аз= log 2 6 = 2,58496 малко.

Невероятни събития (вероятностен подход)

Ако вероятността за някакво събитие е стр, а аз(bit) е количеството информация в съобщението, че това събитие е настъпило, тогава тези стойности са свързани с формулата:

2 аз = 1/стр (3)

Решаване на експоненциалното уравнение (3) по отношение на аз, получаваме:

i = log 2 (1/ стр) (4)

Формула (4) е предложена от К. Шанън, поради което се нарича формула на Шанън.

Обсъждането на връзката между количеството информация в едно съобщение и неговото съдържание може да се проведе на различни нива на дълбочина.

Качествен подход

Качествен подход, които могат да се използват на ниво пропедевтика на основния курс по информатика (5–7 клас) или в основния курс (8–9 клас).

На това ниво на изследване се обсъжда следната верига от понятия: информация - съобщение - информативност на съобщението.

оригинален пакет: информация- това е знанието на хората, получено от тях от различни съобщения.Следващият въпрос е: какво е съобщение? Съобщение- това е информационен поток (поток от данни), който в процеса на предаване на информация идва до субекта, който го получава.Посланието е както речта, която слушаме (радиосъобщение, обяснение на учител), така и визуалните образи, които възприемаме (филм по телевизията, светофар), и текстът на книгата, която четем и т.н.

въпрос за информативно съобщениеТрябва да обсъдя примерите, предложени от учителя и учениците. правило: информативенда се обадимсъобщение, който попълва човешкото знание, т.е. носи информация за него.За различните хора едно и също съобщение по отношение на неговата информативност може да бъде различно. Ако информацията е „стара“, т.е. човек вече знае това или съдържанието на съобщението не е ясно за човек, тогава това съобщение не е информативно за него. Информативно е съобщението, което съдържа ново и разбираемоинтелигентност.

Примери за неинформативни съобщения за ученик от 8 клас:

1) „Столицата на Франция - Париж“ (не е нова);

2) „Колоидна химия изучава дисперсионните състояния на системи с висока степен на фрагментация“ (не е ясно).

Пример за информативно съобщение (за тези, които не знаят това): „Айфеловата кула е с височина 300 метра и тегло 9000 тона.“

Въвеждането на понятието „информативно съдържание на съобщение“ е първият подход към изучаването на въпроса за измерването на информацията в рамките на понятието съдържание. Ако съобщението не е информативно за дадено лице, тогава количеството информация в него от гледна точка на това лице е равно на нула. Количеството информация в информационното съобщение е по-голямо от нула.

Количествен подход в равновероятностното приближение

Този подход може да се изучава или в напредналата версия на основния курс в основното училище, или при изучаване на компютърни науки в 10-11 клас на основно ниво.

Разглежда се следната верига от понятия: равновероятни събития - несигурност на знанието - бит като единица информация - Формулата на Хартли - решение на експоненциалното уравнение за N равно на цели степени на две.

Разкриване на концепцията равновероятност, трябва да се гради върху интуитивното представяне на децата, като се подкрепя с примери. Събитията са еднакво вероятниако никой от тях няма предимство пред останалите.

След като въведе конкретното определение на бит, дадено по-горе, то трябва да бъде обобщено:

Съобщение, което намалява несигурността на знанието с коефициент 2 предавания 1 битинформация.

Това определение се подкрепя от примери за съобщения за едно събитие от четири (2 бита), от осем (3 бита) и т.н.

На това ниво не можете да обсъждате опции за стойности н, не е равно на цели степени на две, за да не се сблъскате с проблема с изчисляването на логаритми, които все още не са изучавани в курса на математиката. Ако децата имат въпроси, например: „Колко информация носи съобщението за резултата от хвърлянето на шестстранен зар“, тогава обяснението може да бъде изградено по следния начин. От уравнението на Хартли: 2 аз= 6. Тъй като 2 2< 6 < 2 3 , следовательно, 2 < аз < 3. Затем сообщить более точное значение (с точностью до пяти знаков после запятой), что аз= 2,58496 бита. Имайте предвид, че при този подход количеството информация може да бъде изразено като дробна стойност.

Вероятностен подход за измерване на информация

Може да се изучава в 10–11 клас като част от общообразователния курс на специализирано ниво или в избираема дисциплина по математически основи на информатиката. Тук трябва да се въведе математически правилно определение на вероятността. Освен това учениците трябва да знаят функцията логаритъм и нейните свойства, да могат да решават експоненциални уравнения.

Въвеждане на концепцията за вероятност, трябва да се отчете, че вероятността за събитие е стойност, която може да приема стойности от нула до едно. Вероятността за невъзможно събитие е нула(например: „утре слънцето няма да изгрее над хоризонта“), вероятността за определено събитие е равна на единица(например: „Утре слънцето ще изгрее над хоризонта“).

Следната разпоредба: вероятността от някакво събитие се определя от множество наблюдения (измервания, тестове). Такива измервания се наричат ​​статистически. И колкото повече измервания се правят, толкова по-точно се определя вероятността от събитие.

Математическата дефиниция на вероятността е: вероятносте равно на съотношението на броя резултати, които благоприятстват това събитие, към общия брой еднакво възможни резултати.

Пример 3. Два автобусни маршрута спират на спирка: № 5 и № 7. Студентът получава задача: да определи колко информация се съдържа в съобщението, че автобус № 5 е наближил спирката и колко информация в съобщението е, че автобус № 5 е доближил 7.

Студентът направи изследването. За целия работен ден той изчисли, че автобусите са доближили спирката 100 пъти. От тях автобус номер 5 се приближава 25 пъти, а автобус номер 7 се приближава 75. Ако приемем, че автобусите се движат със същата честота в други дни, студентът изчислява вероятността автобус номер 5 да е на спирката: стр 5 = 25/100 = 1/4 и вероятността автобус #7 да се появи на хайвера си е: стр 7 = 75/100 = 3/4.

Следователно количеството информация в съобщението за автобус номер 5 е: аз 5 = log 2 4 = 2 бита. Количеството информация в съобщението за автобус номер 7 е:

i 7 \u003d log 2 (4/3) = log 2 4 - log 2 3 \u003d 2 - 1,58496 = 0,41504 малко.

Обърнете внимание на следния качествен резултат: колкото по-малка е вероятността за събитие, толкова по-голямо е количеството информация в съобщението за него. Количеството информация за определено събитие е нула. Например съобщението „Утре сутрин ще дойде“ е надеждно и неговата вероятност е равна на единица. От формула (3) следва: 2 аз= 1/1 = 1. Следователно, аз= 0 бита.

Формулата на Хартли (1) е частен случай на формула (3). Ако е налична неднакво вероятни събития (резултат от хвърляне на монета, зар и т.н.), тогава вероятността за всеки възможен вариант е равна на стр = 1/н. Замествайки в (3), отново получаваме формулата на Хартли: 2 аз = Н.Ако в примера 3 автобуса №5 и №7 спрат 100 пъти по 50 пъти, тогава вероятността всеки от тях да се появи ще бъде равна на 1/2. Следователно количеството информация в съобщението за пристигането на всеки автобус е аз= log 2 2 = 1 бит. Стигнахме до добре познатия вариант на информационното съдържание на съобщението за едно от две еднакво вероятни събития.

Пример 4. Разгледайте друга версия на проблема с шината. На спирката спират автобуси № 5 и № 7. Съобщението, че автобус № 5 е наближил спирката, носи 4 бита информация. Вероятността автобус номер 7 да се появи на спирката е два пъти по-малка от вероятността да се появи автобус номер 5. Колко бита информация съдържа съобщението за автобус номер 7, появил се на спирката?

Записваме условието на проблема в следната форма:

i 5 = 4 бита, стр 5 = 2 стр 7

Припомнете си връзката между вероятността и количеството информация: 2 аз = 1/стр

Оттук: стр = 2 –аз

Замествайки в равенство от условието на задачата, получаваме:

От получения резултат следва изводът: намаляването на вероятността за събитие с 2 пъти увеличава информационното съдържание на съобщението за него с 1 бит. Обратното правило също е очевидно: увеличаването на вероятността за събитие с 2 пъти намалява информационното съдържание на съобщението за него с 1 бит. Познавайки тези правила, предишният проблем може да бъде решен „в ума“.

3. Информационни процеси

Предмет на изучаване на науката информатика е информацияи информационни процеси. Тъй като няма единно общоприето определение за информация (вж. "Информация"), също няма единство в тълкуването на понятието „информационни процеси“.

Нека подходим към разбирането на това понятие от терминологична позиция. Слово процес означава някакво събитие, случващо се във времето: съдебен процес, производствен процес, образователен процес, процес на растеж на жив организъм, процес на рафиниране на нефт, процес на изгаряне на гориво, процес на полет на космически кораб и др. Всеки процес е свързан с някои действияизвършвани от човека, природните сили, техническите устройства, както и поради тяхното взаимодействие.

Всеки процес има обект на въздействиеКлючови думи: ответник, студенти, нефт, гориво, космически кораб. Ако процесът е свързан с целенасочената дейност на човек, тогава може да се нарече такъв човек изпълнител на процеса: съдия, учител, космонавт. Ако процесът се осъществява с помощта на автоматично устройство, тогава той е изпълнителят на процеса: химически реактор, автоматична космическа станция.

Очевидно в информационните процеси обект на въздействие е информацията. В учебника S.A. Бешенкова, Е.А. Ракитина дава следното определение: „В най-общ вид информационният процес се определя като съвкупност от последователни действия (операции), извършвани върху информация (под формата на данни, информация, факти, идеи, хипотези, теории и др.) за получаване на някакъв резултат (постижения). цели)".

По-нататъшният анализ на понятието "информационни процеси" зависи от подхода към понятието информация, от отговора на въпроса: "Какво е информация?". Ако приеме атрибутивнигледна точка на информацията (вж. "Информация"), то трябва да се признае, че информационните процеси протичат както в живата, така и в неживата природа. Например в резултат на физическо взаимодействие между Земята и Слънцето, между електроните и ядрото на атома, между океана и атмосферата. От позицията функционаленконцепция информационни процеси протичат в живите организми (растения, животни) и в тяхното взаимодействие.

ОТ антропоцентриченгледна точка изпълнителят на информационните процеси е човек. Информационните процеси са функция на човешкото съзнание (мислене, интелект). Човек може да ги извършва самостоятелно, както и с помощта на създадени от него инструменти за информационна дейност.

Всяка произволно сложна информационна дейност на човек се свежда до три основни типа действия с информация: запазване, получаване / предаване, обработка. Обикновено вместо "приемане-предаване" те просто казват "предаване", разбирайки този процес като двупосочен: предаване от източник към приемник (синоним на "транспортиране").

Съхраняването, предаването и обработката на информация са основните видове информационни процеси.

Изпълнението на тези действия с информация е свързано с нейното представяне под формата на данни. Всички видове инструменти на човешката информационна дейност (например: хартия и химикал, технически комуникационни канали, изчислителни устройства и др.) се използват за съхранение, обработка и предаване данни.

Ако анализираме дейността на всяка организация (кадрови отдел на предприятие, счетоводство, научна лаборатория), която работи с информация „по стария начин“, без използването на компютри, тогава са необходими три вида средства, за да се осигури нейната дейности:

Хартия и инструменти за писане (химикалки, пишещи машини, инструменти за рисуване) за фиксиране на информация с цел съхранение;

Комуникационни средства (куриери, телефони, поща) за получаване и предаване на информация;

Компютърни инструменти (сметки, калкулатори) за обработка на информация.

В наши дни всички тези видове информационни дейности се извършват с помощта на компютърни технологии: данните се съхраняват на цифров носител, предаването се извършва с помощта на електронна поща и други компютърни мрежови услуги, изчисленията и други видове обработка се извършват на компютър.

Съставът на основните устройства на компютъра се определя именно от това, че компютърът е предназначен да извършва съхранение, обработкаи предаване на данни. За да направите това, той включва памет, процесор, вътрешни канали и външни входно / изходни устройства (вижте. "Компютър").

За да раздели терминологично процесите на работа с информация, които се случват в човешкия ум, и процесите на работа с данни, които се случват в компютърните системи, А.Я. Фридланд предлага да ги наричаме по различен начин: първият - информационни процеси, вторият - информационни процеси.

Друг подход към тълкуването на информационните процеси предлага кибернетиката. Информационните процеси протичат в различни системи за управление, които протичат в дивата природа, в човешкото тяло, в социалните системи, в техническите системи (включително компютър). Например кибернетичният подход се прилага в неврофизиологията (вж. "Информация"), където управлението на физиологичните процеси в тялото на животно и човек, протичащи на несъзнателно ниво, се разглежда като информационен процес. В неврони (мозъчни клетки) съхранении обработениинформацията се пренася по нервните влакна излъчванеинформация под формата на сигнали от електрохимичен характер. Генетиката е установила, че наследствената информация съхраненив молекулите на ДНК, които изграждат ядрата на живите клетки. Той определя програмата за развитие на организма (т.е. контролира този процес), която се реализира на несъзнателно ниво.

Така в кибернетичната интерпретация информационните процеси се свеждат до съхранение, предаване и обработка на информация, представена под формата на сигнали, кодове от различно естество.

На всеки етап от изучаването на компютърни науки в училище идеите за информационните процеси носят систематизираща методическа функция. Изучавайки устройството на компютъра, студентите трябва да получат ясна представа какви устройства се използват за съхраняване, обработка и прехвърляне на данни. Когато изучават програмиране, студентите трябва да обърнат внимание на факта, че програмата работи с данни, съхранявани в паметта на компютъра (като самата програма), че програмните инструкции определят действията на процесора за обработка на данни и действието на входно-изходните устройства за получаване и предаване на данни. Овладявайки информационните технологии, трябва да се обърне внимание на факта, че тези технологии също са фокусирани върху съхранението, обработката и предаването на информация.

Вижте статиите “ Хранилище за данни”, “Обработка на данни”, “Трансфер на информация” 2.

4. Информация

Произходът на термина "информация"

Думата "информация" идва от лат информация, което се превежда като пояснение, представяне. В обяснителния речник на V.I. Дал няма думата „информация“. Терминът "информация" се използва в руската реч от средата на ХХ век.

В най-голяма степен понятието информация дължи своето разпространение в две научни области: теория на комуникациятаи кибернетика. Резултатът от развитието на теорията на комуникацията беше теория на информациятаоснована от Клод Шанън. Въпреки това К. Шанън не дава дефиниция на информацията, като в същото време определя количество информация. Теорията на информацията е посветена на решаването на проблема с измерването на информацията.

В науката кибернетикаоснована от Норберт Винер, концепцията за информация е централна (вж. "Кибернетика" 2). Общоприето е, че Н. Винер въвежда понятието информация в научна употреба. Въпреки това в първата си книга по кибернетика Н. Винер не дава определение на информацията. “ Информацията е информация, а не материя или енергия“, написа Винер. По този начин понятието информация, от една страна, се противопоставя на понятията за материя и енергия, от друга страна, то се изравнява с тези понятия по отношение на тяхната степен на обобщеност и фундаменталност. Следователно поне е ясно, че информацията е нещо, което не може да се припише нито на материята, нито на енергията.

Информация във философията

Философската наука се занимава с разбирането на информацията като фундаментална концепция. Според една от философските концепции, информацията е свойство на всичко, всички материални обекти на света. Това понятие за информация се нарича атрибутивни (информацията е атрибут на всички материални обекти). Информацията в света е възникнала заедно с Вселената. В този смисъл информацията е мярка за подреденост, структурираност на всяка материална система. Процесите на развитие на света от първоначалния хаос, настъпил след „Големия взрив“ до образуването на неорганични системи, след това органични (живи) системи, са свързани с нарастването на информационното съдържание. Това съдържание е обективно, независимо от човешкото съзнание. Парче въглен съдържа информация за събития, случили се в древни времена. Само любознателен ум обаче може да извлече тази информация.

Друга философска концепция за информацията се нарича функционален. Според функционалния подход, информацията се появява с появата на живота, тъй като е свързана с функционирането на сложни самоорганизиращи се системи, които включват живи организми и човешкото общество.Можете да кажете и това: информацията е атрибут, присъщ само на живата природа. Това е един от съществените признаци, които отделят живото от неживото в природата.

Третата философска концепция за информацията е антропоцентричен, според която информацията съществува само в човешкото съзнание, в човешкото възприятие. Информационната дейност е присъща само на човека, възниква в социалните системи. Създавайки информационни технологии, човек създава инструменти за своята информационна дейност.

Можем да кажем, че използването на понятието „информация“ в ежедневието се случва в антропоцентричен контекст. Естествено е всеки от нас да възприема информацията като съобщения, обменени между хората. Например масмедиите - средствата за масова информация са предназначени да разпространяват съобщения, новини сред населението.

Информация по биология

През 20-ти век концепцията за информация прониква в науката навсякъде. Информационните процеси в живата природа се изучават от биологията. Неврофизиологията (раздел на биологията) изучава механизмите на нервната дейност на животните и хората. Тази наука изгражда модел на информационните процеси, протичащи в тялото. Информацията, идваща отвън, се преобразува в сигнали с електрохимичен характер, които се предават от сетивните органи по нервните влакна до невроните (нервните клетки) на мозъка. Мозъкът предава контролна информация под формата на сигнали от същото естество към мускулните тъкани, като по този начин контролира органите за движение. Описаният механизъм е в добро съответствие с кибернетичния модел на Н. Винер (вж. "Кибернетика" 2).

В друга биологична наука – генетиката, се използва понятието наследствена информация, заложена в структурата на ДНК молекулите, намиращи се в ядрата на клетките на живите организми (растения, животни). Генетиката е доказала, че тази структура е вид код, който определя функционирането на целия организъм: неговия растеж, развитие, патологии и т.н. Чрез ДНК молекулите наследствената информация се предава от поколение на поколение.

Изучавайки информатика в основното училище (основен курс), човек не трябва да се задълбочава в сложността на проблема за определяне на информацията. Концепцията за информация е дадена в смислен контекст:

Информация - това е смисълът, съдържанието на съобщенията, получени от човека от външния свят чрез неговите сетива.

Концепцията за информация се разкрива чрез веригата:

съобщение – смисъл – информация – знание

Човек възприема съобщенията с помощта на сетивата си (най-вече чрез зрението и слуха). Ако човек разбира значениезатворено в съобщение, тогава можем да кажем, че това съобщение носи човек информация. Например съобщение на непознат език не съдържа информация за дадено лице, но съобщение на роден език е разбираемо, следователно информативно. Информацията, възприета и съхранена в паметта, се попълва знания човек. Нашите знания- това е систематизирана (свързана) информация в нашата памет.

Когато се разкрива понятието информация от гледна точка на смислен подход, трябва да се изхожда от интуитивните представи за информация, които децата имат. Препоръчително е разговорът да се проведе под формата на диалог, като се задават въпроси на учениците, на които те могат да отговорят. Въпроси, например, могат да се задават в следния ред.

Кажете ни откъде получавате информацията си?

Вероятно ще чуете обратно:

От книги, радио и телевизионни предавания .

Сутринта чух прогнозата за времето по радиото .

Възприемайки този отговор, учителят води учениците до окончателното заключение:

И така, в началото не знаехте какво ще е времето, но след като слушахте радиото, започнахте да знаете. Следователно, след като сте получили информация, вие сте получили нови знания!

Така учителят, заедно с учениците, стига до определението: информацияза човек това е информация, която допълва знанията на човек, които той получава от различни източници.Освен това, на множество примери, познати на децата, това определение трябва да бъде фиксирано.

Установявайки връзката между информацията и знанията на хората, човек неизбежно стига до извода, че информацията е съдържанието на нашата памет, тъй като човешката памет е средството за съхранение на знания. Разумно е такава информация да се нарича вътрешна, оперативна информация, която човек притежава. Хората обаче съхраняват информация не само в собствената си памет, но и в записи на хартия, на магнитни носители и т.н. Такава информация може да се нарече външна (по отношение на човек). За да може човек да го използва (например да приготви ястие по рецепта), първо трябва да го прочете, т.е. превърнете го във вътрешна форма и след това извършете някои действия.

Въпросът за класификацията на знанието (и следователно информацията) е много сложен. В науката има различни подходи към него. Специалистите в областта на изкуствения интелект са особено ангажирани с този проблем. В рамките на основния курс е достатъчно да се ограничим до разделяне на знанията декларативени процедурен.Описанието на декларативното знание може да започне с думите: „Знам, че...“. Описание на процедурните знания - с думите: "Знам как ...". Лесно е да се дадат примери и за двата вида знания и да се поканят децата да измислят свои собствени примери.

Учителят трябва добре да осъзнава пропедевтичното значение на обсъждането на тези въпроси за бъдещото запознаване на учениците с устройството и работата на компютъра. Компютърът, както и човекът, има вътрешна - оперативна - памет и външна - дългосрочна - памет. Разделянето на знанието на декларативно и процедурно в бъдеще може да се свърже с разделянето на компютърната информация на данни - декларативна информация и програми - процедурна информация. Използването на дидактическия метод на аналогия между информационната функция на човек и компютър ще позволи на учениците да разберат по-добре същността на устройството и работата на компютъра.

Въз основа на позицията „човешкото знание е съхранена информация“, учителят информира учениците, че миризмите, вкусовете и тактилните (тактилни) усещания също носят информация на човек. Обосновката за това е много проста: тъй като помним познати миризми и вкусове, разпознаваме познати предмети чрез докосване, тогава тези усещания се съхраняват в паметта ни и следователно те са информация. Оттук и заключението: с помощта на всичките си сетива човек получава информация от външния свят.

Както от съдържателна, така и от методологическа гледна точка е много важно да се прави разлика между значението на понятията „ информация" и " данни”. Към представянето на информация във всяка знакова система(включително тези, използвани в компютрите) термин трябва да се използва “данни". НО информация- това е смисълът, съдържащ се в данните, вложен в тях от човек и разбираем само за човек.

Компютърът работи с данни: получава входни данни, обработва ги и предава изходни данни на човек - резултати. Семантичната интерпретация на данните се извършва от човек. Въпреки това в разговорната реч в литературата често се казва и пише, че компютърът съхранява, обработва, предава и получава информация. Това е вярно, ако компютърът не е отделен от човека, разглеждайки го като инструмент, с който човек извършва информационни процеси.

5. Кибернетика

Думата "кибернетика" е от гръцки произход и буквално означава изкуството на контрола.

През IV век пр.н.е. в писанията на Платон този термин е използван за обозначаване на управлението в общ смисъл. През 19 век А. Ампер предлага да се нарече кибернетика науката за управлението на човешкото общество.

В съвременна интерпретация кибернетика- наука, която изучава общите закони на управление и взаимоотношения в организирани системи (машини, живи организми, в обществото).

Възникването на кибернетиката като самостоятелна наука е свързано с публикуването на книгите на американския учен Норберт Винер "Кибернетика, или управление и комуникация в животните и машините" през 1948 г. и "Кибернетика и общество" през 1954 г.

Основното научно откритие на кибернетиката беше обосновката единство на законите за управление в естествени и изкуствени системи. До този извод стига Н. Винер чрез изграждане на информационен модел на процесите на управление.

Норбърт Винер (1894–1964), САЩ

Подобна схема беше известна в теорията на автоматичното управление. Винер го обобщи за всички видове системи, абстрахирайки се от специфични комуникационни механизми, считайки тази връзка за информационна.

Схема за контрол на обратната връзка

Директният комуникационен канал предава управляваща информация - команди за управление. Каналът за обратна връзка предава информация за състоянието на управлявания обект, за реакцията му на управляващото действие, както и за състоянието на външната среда, което често е важен фактор в управлението.

Кибернетиката развива концепцията за информацията като съдържание на сигнали, предавани по комуникационни канали. Кибернетиката развива концепцията за алгоритъм като контролна информация, която контролният обект трябва да притежава, за да изпълнява своята работа.

Появата на кибернетиката се случва едновременно със създаването на електронни компютри. Връзката между компютрите и кибернетиката е толкова тясна, че тези концепции често се идентифицират през 50-те години. Компютрите бяха наречени кибернетични машини.

Връзката между компютрите и кибернетиката съществува в два аспекта. Първо, компютърът е самоконтролиращ се автомат, в който ролята на мениджър се играе от управляващо устройство, което е част от процесора, а всички останали устройства са обекти на управление. Директната и обратната комуникация се осъществява чрез информационни канали, като алгоритъмът се представя под формата на програма на машинен език (език, „разбираем” за процесора), съхраняван в паметта на компютъра.

Второ, с изобретяването на компютъра се отвори перспективата за използване на машината като обект на управление в различни системи. Става възможно да се създават сложни системи с програмно управление, да се прехвърлят много видове човешка дейност на автоматични устройства.

Развитието на линията "кибернетика - компютри" доведе през 60-те години до появата на науката информатикас по-развита система от понятия, свързани с изучаването на информацията и информационните процеси.

Понастоящем общите положения на теоретичната кибернетика придобиват в по-голяма степен философско значение. В същото време активно се развиват приложни области на кибернетиката, свързани с изучаването и създаването на системи за управление в различни предметни области: техническа кибернетика, биомедицинска кибернетика, икономическа кибернетика. С развитието на компютърните системи за обучение може да се говори за появата на педагогическата кибернетика.

Има различни начини за включване на въпроси от кибернетиката в общообразователния курс. Един от начините е чрез линията на алгоритмизиране. Алгоритъмразглежда като управляваща информация в кибернетичния модел на управляващата система. В този контекст се разкрива темата за кибернетиката.

Друг начин е темата за кибернетиката да се включи в смисловата линия на моделирането. Чрез преразглеждане процес на управление като сложен информационен процесдава представа за Схема на Н. Винеркак модели на такъв процес. Във версията на образователния стандарт за основно училище (2004 г.) тази тема присъства в контекста на моделирането: „кибернетичен модел на процесите на управление”.

В работата на А.А. Кузнецова, S.A. Бешенкова и др. „Непрекъснат курс по информатика“ назовава три основни области на училищния курс по информатика: информационно моделиране, информационни процесии информационни бази за управление. Съдържателните линии са детайлизиране на основните посоки. Така на кибернетичната тема - темата за управлението - се придава още по-голямо значение от съдържателната линия. Това е многостранна тема, която ви позволява да засегнете следните въпроси:

Елементи на теоретичната кибернетика: кибернетичен модел на управление с обратна връзка;

Елементи на приложната кибернетика: структура на компютърни системи за автоматично управление (системи с програмно управление); назначаване на автоматизирани системи за управление;

Основи на теорията на алгоритмите.

Елементи на теоретичната кибернетика

Говорейки за кибернетичния модел на управление, учителят трябва да го илюстрира с примери, които са познати и разбираеми за учениците. В този случай трябва да се подчертаят основните елементи на кибернетичната система за управление: контролен обект, управляван обект, директни и обратни канали.

Да започнем с очевидни примери. Например шофьор и кола. Шофьорът е мениджърът, автомобилът е контролираният обект. Директен канал за комуникация - система за управление на автомобила: педали, волан, лостове, ключове и др. Канали за обратна връзка: инструменти на контролния панел, изглед от прозорци, слух на водача. Всяко действие върху органите за управление може да се счита за предадена информация: „увеличете скоростта“, „забавете“, „завийте надясно“ и т.н. Информацията, предавана по каналите за обратна връзка, също е необходима за успешно управление. Предложете на учениците задача: какво се случва, ако един от директните канали или каналите за обратна връзка бъде изключен? Обсъждането на такива ситуации обикновено е много оживено.

Извиква се контрол на обратната връзка адаптивен контрол. Действията на мениджъра се адаптират (т.е. коригират) към състоянието на обекта на управление, околната среда.

Най-близкият до студентите пример за управление в социална система: учител, който управлява учебния процес в класната стая. Обсъдете различни форми на контрол на учителя върху учениците: реч, жестове, изражения на лицето, бележки на дъската. Накарайте учениците да изброят различни форми на обратна връзка; обяснете как учителят адаптира хода на урока въз основа на резултатите от обратната връзка, дайте примери за такава адаптация. Например, учениците не са се справили с предложената задача - учителят е принуден да повтори обяснението.

Когато изучавате тази тема в гимназията, можете да разгледате начините на управление в големите социални системи: управление на предприятие от администрацията, управление на страната от държавни органи и др. Тук е полезно да се използва материал от курса по социални науки. Когато анализирате механизмите за предаване и обратна връзка в такива системи, насочете вниманието на учениците към факта, че в повечето случаи има много канали за предаване и обратна връзка. Те се дублират с цел повишаване на надеждността на системата за управление.

Алгоритми и управление

Тази тема ви позволява да разкриете концепцията за алгоритъм от кибернетична гледна точка. Логиката на разширението е следната. Управлението е целенасочен процес. Тя трябва да осигури определено поведение на обекта на управление, постигането на определена цел. А за това трябва да има план за управление. Този план се изпълнява чрез поредица от команди за управление, предавани по директна връзка. Такава последователност от команди се нарича управляващ алгоритъм.

Алгоритъм за управление е информационен компонент на системата за управление. Например, учител преподава урок по предварително определен план. Шофьорът кара колата по предварително зададен маршрут.

В системите за управление, където ролята на мениджър се изпълнява от човек, алгоритъмът за управление може да се променя, да се усъвършенства в процеса на работа. Водачът не може да планира предварително всяко свое действие по време на шофиране; Учителят коригира плана на урока, докато върви. Ако процесът се управлява от автоматично устройство, тогава в него трябва предварително да бъде заложен подробен алгоритъм за управление в някаква формализирана форма. В такъв случай се нарича програма за управление. За да съхраните програмата, устройството за автоматично управление трябва да има програмна памет.

Тази тема трябва да изследва концепцията самоуправляваща се система. Това е единичен обект, организъм, в който присъстват всички компоненти на системите за управление, посочени по-горе: управление и управлявани части (органи), информация за пряка и обратна връзка, информация за управление - алгоритми, програми и памет за нейното съхранение. Такива системи са живи организми. Най-съвършеният от тях е човекът. Човекът се контролира. Основният контролен орган е човешкият мозък, контролирани - всички части на тялото. Има съзнателно управление(правя каквото искам) и ям подсъзнание(управление на физиологичните процеси). Подобни процеси протичат и при животните. Делът на съзнателния контрол при животните обаче е по-малък, отколкото при хората, поради по-високото ниво на човешко интелектуално развитие.

Създаването на изкуствени самоуправляващи се системи е една от най-трудните задачи на науката и технологиите. Роботиката е пример за такова научно-техническо направление. Той съчетава много области на науката: кибернетика, изкуствен интелект, медицина, математическо моделиране и др.

Елементи на приложната кибернетика

Тази тема може да бъде разкрита или в задълбочена версия на изучаването на основния курс по компютърни науки, или на ниво профил в гимназията.

Към задачите техническа кибернетикавключва разработването и създаването на системи за технически контрол в производствените предприятия, в изследователските лаборатории, в транспорта и др. Такива системи се наричат системи с автоматично управление - ACS . Като управляващо устройство в СКУД се използват компютри или специализирани контролери.

Кибернетичният модел на управление във връзка със СКУД е показан на фигурата.

Схема на системата за автоматично управление

Това е затворена техническа система, която работи без човешка намеса. Човек (програмист) изготвя управляваща програма и я въвежда в паметта на компютъра. След това системата работи автоматично.

Разглеждайки този въпрос, студентите трябва да обърнат внимание на факта, че вече са се срещали с преобразуването на информация от аналогов в цифров и обратно (DAC - ADC преобразуване) в други теми или ще се срещнат отново. По същия принцип модемът работи в компютърни мрежи, звукова карта при въвеждане / извеждане на звук (виж. “ Звукова презентация” 2).В тази система аналогов електрически сигнал, преминаващ през канала за обратна връзка от сензорите на управляваното устройствокато се използва аналогово-цифров преобразувател(ADC), се превръща в дискретни цифрови данни, влизане в компютъра. Работи на директна линия DAC - цифрово-аналогов преобразувател, което на изпълняваобратен преобразуване - цифрови данни, идващи от компютъра в аналогов електрически сигнал, подаден към входните възли на управляваното устройство.

Друго направление на приложната кибернетика: автоматизирани системи за управление (ACS). ACS е система човек-машина. По правило автоматизираните системи за управление са насочени към управление на дейността на производствените екипи и предприятия. Това са системи за компютърно събиране, съхранение, обработка на различна информация, необходима за работата на предприятието. Например данни за финансовите потоци, наличието на суровини, обемите на готовата продукция, информация за персонала и др. и т.н. Основната цел на такива системи е бързо и точно да предоставят на мениджърите на предприятието необходимата информация за вземане на управленски решения.

Задачите, решавани с помощта на автоматизирани системи за управление, принадлежат към областта икономическа кибернетика. По правило техническата основа на такива системи са локални компютърни мрежи. ACS използва различни информационни технологии: бази данни, компютърна графика, компютърно моделиране, експертни системи и др.

6. Кодиране на информация

Кодът -система от условни знаци (символи) за предаване, обработка и съхранение на информация (съобщения).

Кодиране - процес на представяне на информация (съобщения) под формата на код.

Извиква се целият набор от символи, използвани за кодиране кодираща азбука. Например в паметта на компютъра всяка информация се кодира с помощта на двоична азбука, съдържаща само два знака: 0 и 1.

Научните основи на кодирането са описани от К. Шанън, който изучава процесите на предаване на информация по технически комуникационни канали ( теория на комуникацията, теория на кодирането). С този подход кодиранеразбирано в по-тесен смисъл: преход от представяне на информация в една символна система към представянето й в друга символна система. Например преобразуване на писмен руски текст в морзова азбука за предаване по телеграф или радио. Такова кодиране е свързано с необходимостта от адаптиране на кода към използваните технически средства за работа с информация (вж. „ Трансфер на информация” 2).

декодиране - процесът на преобразуване на кода обратно във формата на оригиналната символна система, т.е. вземете оригиналното съобщение. Например: превод от морзова азбука в писмен текст на руски език.

В по-широк смисъл декодирането е процес на възстановяване на съдържанието на кодирано съобщение. С този подход процесът на писане на текст с помощта на руската азбука може да се счита за кодиране, а четенето му е декодиране.

Цели на кодирането и методи за кодиране

Кодирането на едно и също съобщение може да бъде различно. Например, ние сме свикнали да пишем руски текст с помощта на руската азбука. Но същото може да се направи и с помощта на английската азбука. Понякога трябва да направите това, като изпратите SMS на мобилен телефон, който няма руски букви, или изпратите имейл на руски от чужбина, ако на компютъра няма русифициран софтуер. Например фразата: „Здравей, скъпа Саша!“ Трябва да напиша така: „Здравствуй, скъпа Саша!“.

Има и други начини за кодиране на реч. Например, стенография - бърз начин за запис на говорим език. Притежават я само няколко специално обучени души – стенографи. Стенографът успява да запише текста в синхрон с речта на говорещия. В преписа една икона обозначава цяла дума или фраза. Само стенограф може да дешифрира (декодира) препис.

Дадените примери илюстрират следното важно правило: могат да се използват различни начини за кодиране на една и съща информация; техният избор зависи от редица фактори: цел на кодиране, условия, налични средства.Ако трябва да запишете текста с темпото на речта, използваме стенография; при необходимост от прехвърляне на текста в чужбина - използваме английската азбука; ако е необходимо да представим текста във форма, разбираема за грамотен руски човек, ние го записваме според правилата на граматиката на руския език.

Друго важно обстоятелство: изборът на това как да се кодира информацията може да бъде свързан с предвидения начин за нейната обработка. Нека го покажем на пример за представяне на числа - количествена информация. С помощта на руската азбука можете да напишете числото "тридесет и пет". Използвайки азбуката на арабската десетична бройна система, пишем: „35“. Вторият метод е не само по-кратък от първия, но и по-удобен за извършване на изчисления. Кой запис е по-удобен за извършване на изчисления: „тридесет и пет по сто двадесет и седем“ или „35 x 127“? Очевидно второто.

Ако обаче е важно да запазите числото без изкривяване, тогава е по-добре да го напишете в текстова форма. Например в паричните документи сумата често се изписва в текстов вид: „триста седемдесет и пет рубли“. вместо "375 рубли". Във втория случай изкривяването на една цифра ще промени цялата стойност. Когато използвате текстовата форма, дори граматическите грешки може да не променят смисъла. Например неграмотен човек написа: „Триста седемдесет и пет рубли“. Смисълът обаче е запазен.

В някои случаи има нужда да се класифицира текстът на съобщение или документ, така че да не може да бъде прочетен от онези, които не трябва да го правят. Нарича се защита срещу неоторизиран достъп. В този случай секретният текст е криптиран. В древни времена криптирането се е наричало криптография. Шифрованее процес на преобразуване на обикновен текст в шифрован текст и декриптиране- процесът на обратна трансформация, при който се възстановява оригиналният текст. Криптирането също е кодиране, но с таен метод, известен само на източника и адресата. С методите за криптиране се занимава наука, наречена криптография(см . "Криптография" 2).

История на техническите начини за кодиране на информация

С появата на технически средства за съхранение и предаване на информация се появиха нови идеи и техники за кодиране. Първото техническо средство за предаване на информация на разстояние е телеграфът, изобретен през 1837 г. от американеца Самуел Морз. Телеграфното съобщение е поредица от електрически сигнали, предавани от един телеграфен апарат чрез жици към друг телеграфен апарат. Тези технически обстоятелства доведоха С. Морз до идеята да се използват само два вида сигнали - къси и дълги - за кодиране на съобщение, предавано по телеграфни линии.

Самюъл Финли Бриз Морс (1791–1872), САЩ

Този метод на кодиране се нарича морзова азбука. В него всяка буква от азбуката е кодирана от поредица от къси сигнали (точки) и дълги сигнали (тирета). Буквите са разделени една от друга с паузи - липса на сигнали.

Най-известното телеграфно съобщение е SOS сигналът за помощ ( Спр Оур С ouls- спаси душите ни). Ето как изглежда в морзовата азбука, приложена към английската азбука:

–––

Три точки (буква S), три тирета (буква O), три точки (буква S). Две паузи разделят буквите една от друга.

Фигурата показва азбуката на Морз във връзка с руската азбука. Нямаше специални препинателни знаци. Те бяха записани с думите: "точка" - точка, "spt" - запетая и др.

Характерна особеност на морзовата азбука е код с променлива дължина от различни букви, така се нарича морзов код неравен код. Буквите, които се срещат по-често в текста, имат по-кратък код от редките букви. Например кодът на буквата „E“ е една точка, а кодът на плътен знак се състои от шест знака. Това се прави, за да се съкрати дължината на цялото съобщение. Но поради променливата дължина на кода на буквите, има проблем с отделянето на буквите една от друга в текста. Затова е необходимо да се използва пауза (пропускане) за разделяне. Следователно телеграфната азбука на Морз е троична, тъй като използва три знака: точка, тире, интервал.

Единният телеграфен код е изобретен от французина Жан Морис Бодо в края на 19 век. Той използва само два различни вида сигнали. Няма значение как ги наричате: точка и тире, плюс и минус, нула и едно. Това са два различни електрически сигнала. Дължината на кода на всички символи е еднакваи е равно на пет. В този случай проблемът с отделянето на буквите една от друга не възниква: всеки пет сигнала е текстов знак. Следователно не е необходим пропуск.

Жан Морис Емил Бодо (1845–1903), Франция

Кодът на Бодо е първият метод в историята на технологиите за кодиране на информация в двоичен код.. Благодарение на тази идея беше възможно да се създаде телеграфен апарат с директен печат, който прилича на пишеща машина. Натискането на клавиш с определена буква генерира съответния петимпулсен сигнал, който се предава по комуникационната линия. Приемащата машина под въздействието на този сигнал отпечатва същата буква върху хартиена лента.

Съвременните компютри също използват единен двоичен код за кодиране на текстове (вижте „ Системи за кодиране на текст” 2).

Темата за кодиране на информация може да бъде представена в учебната програма на всички етапи от изучаването на компютърни науки в училище.

В пропедевтичния курс на студентите често се предлагат задачи, които не са свързани с кодирането на компютърни данни и са в известен смисъл форма на игра. Например, въз основа на кодовата таблица на Морзовата азбука е възможно да се предложат както задачи за кодиране (кодиране на руски текст с помощта на морзовата азбука), така и задачи за декодиране (дешифриране на текст, кодиран с помощта на морзовата азбука).

Изпълнението на такива задачи може да се тълкува като работа на криптограф, предлагащ различни прости ключове за криптиране. Например буквено-цифров, заместващ всяка буква с нейния пореден номер в азбуката. Освен това към азбуката трябва да се добавят препинателни знаци и други символи, за да се кодира напълно текстът. Накарайте учениците да измислят начин за разграничаване между малки и главни букви.

При изпълнение на такива задачи учениците трябва да обърнат внимание на факта, че е необходим разделителен знак - интервал, тъй като кодът се оказва неравен: някои букви са криптирани с една цифра, някои с две.

Поканете учениците да помислят как могат да минат, без да разделят буквите в кода. Тези размишления трябва да доведат до идеята за единен код, в който всеки знак е кодиран от две десетични цифри: A - 01, B - 02 и т.н.

Сборници със задачи за кодиране и криптиране на информация са налични в редица учебници за училището.

В основния курс по компютърни науки за основното училище темата за кодирането е по-скоро свързана с темата за представяне на различни видове данни в компютър: числа, текстове, изображения, звуци (вижте „ Информационни технологии” 2).

В по-горните класове съдържанието на общообразователен или избираем курс може да разглежда по-подробно въпроси, свързани с теорията на кодирането, разработена от К. Шанън в рамките на теорията на информацията. Тук има редица интересни задачи, чието разбиране изисква повишено ниво на математическа и програмна подготовка на учениците. Това са проблемите на икономичното кодиране, универсалния алгоритъм за кодиране, кодирането за коригиране на грешки. Много от тези въпроси са разгледани подробно в учебника "Математически основи на информатиката".

7. Обработка на информация

Обработка на данни - процесът на систематична промяна в съдържанието или формата на представяне на информацията.

Обработката на информация се извършва в съответствие с определени правила от някакъв субект или обект (например човек или автоматично устройство). Ще му се обадим изпълнител на обработка на информация.

Изпълнителят на обработка, взаимодействайки с външната среда, получава от нея входна информациякойто се обработва. Резултатът от обработката е отпечатъкпредавани във външната среда. По този начин външната среда действа като източник на входна информация и потребител на изходна информация.

Обработката на информация се извършва съгласно определени правила, известни на изпълнителя. Правилата за обработка, които са описание на последователността от отделни стъпки на обработка, се наричат ​​алгоритъм за обработка на информация.

Изпълнителят на обработката трябва да включва процесор, който ще наричаме процесор, и блок памет, в който се съхранява както обработваната информация, така и правилата (алгоритъм) за обработка. Всичко по-горе е показано схематично на фигурата.

Схема за обработка на информация

Пример.Ученикът, решавайки проблема в урока, извършва обработка на информация. Външната среда за него е атмосферата на урока. Входната информация е условието на задачата, което се съобщава от водещия урока учител. Ученикът запаметява условието на задачата. За да улесни запаметяването, той може да използва бележки в тетрадка - външна памет. От обяснението на учителя той научи (запомни) начина за решаване на задачата. Процесорът е умственият апарат на ученика, използвайки който за решаване на проблема, той получава отговор - изходна информация.

Схемата, показана на фигурата, е обща схема за обработка на информация, която не зависи от това кой (или какво) е изпълнителят на обработката: жив организъм или техническа система. Именно тази схема се изпълнява с технически средства в компютър. Следователно можем да кажем, че компютърът е технически модел на „жива“ система за обработка на информация. Той включва всички основни компоненти на системата за обработка: процесор, памет, входни устройства, изходни устройства (вижте „ Компютърно устройство” 2).

Извиква се входна информация, представена в символна форма (знаци, букви, цифри, сигнали). входни данни. В резултат на обработка от страна на изпълнителя, изход. Входните и изходните данни могат да бъдат набор от стойности - отделни елементи от данни. Ако обработката се състои в математически изчисления, тогава входните и изходните данни са набори от числа. Следната фигура х: {х 1, х 2, …, xn) обозначава набор от входни данни и Y: {г 1, г 2, …, ym) - набор от изходни данни:

Схема за обработка на данни

Обработката е за трансформиране на комплекта хв множеството Y:

P( х) Y

Тук Робозначава правилата за обработка, използвани от изпълнителя. Ако изпълнителят на обработка на информация е лице, тогава правилата за обработка, според които той действа, не винаги са формални и недвусмислени. Човек често действа творчески, а не формално. Дори едни и същи математически задачи могат да бъдат решени по различни начини. Работата на журналист, учен, преводач и други специалисти е творческа работа с информация, че те не следват формални правила.

За да обозначи формализирани правила, които определят последователността от стъпки за обработка на информация, компютърните науки използват концепцията за алгоритъм (вижте „ Алгоритъм" 2). Концепцията за алгоритъм в математиката се свързва с добре познат метод за изчисляване на най-големия общ делител (НОД) на две естествени числа, който се нарича алгоритъм на Евклид. В устна форма може да се опише по следния начин:

1. Ако две числа са равни, тогава вземете тяхната обща стойност като НОД, в противен случай отидете на стъпка 2.

2. Ако числата са различни, заменете по-голямото от тях с разликата между по-голямото и по-малкото от числата. Върнете се към стъпка 1.

Тук входът е две естествени числа - х 1 и х 2. Резултат Yе техният най-голям общ делител. правило ( Р) е алгоритъмът на Евклид:

Алгоритъмът на Евклид ( х 1, х 2) Y

Такъв формализиран алгоритъм е лесен за програмиране за съвременен компютър. Компютърът е универсален изпълнител на обработка на данни. Формализираният алгоритъм за обработка се представя под формата на програма, поставена в паметта на компютъра. За компютър правила за обработка ( Р) - Тази програма.

Насоки

Обяснявайки темата „Обработка на информация“, трябва да се дадат примери за обработка, свързани както с получаване на нова информация, така и с промяна на формата на представяне на информация.

Първият тип обработка: обработка, свързана с получаване на нова информация, ново съдържание на знания. Този вид обработка включва решаването на математически задачи. Същият тип обработка на информация включва решаването на различни проблеми чрез прилагане на логически разсъждения. Например, следователят по определен набор от доказателства намира престъпник; човек, анализирайки обстоятелствата, взема решение за по-нататъшните си действия; учен разрешава мистерията на древни ръкописи и др.

Вторият тип обработка: обработка, свързана с промяна на формата, но не и промяна на съдържанието. Този тип обработка на информация включва например превод на текст от един език на друг: формата се променя, но съдържанието трябва да се запази. Важен тип обработка за компютърните науки е кодирането. Кодиране- това е трансформиране на информацията в символна форма, удобна за нейното съхранение, предаване, обработка(см. " Кодиране” 2).

Структурирането на данни също може да се класифицира като втори тип обработка. Структурирането е свързано с въвеждането на определен ред, определена организация в съхранението на информация. Подреждането на данните по азбучен ред, групирането според някои критерии за класификация, използването на таблично или графично представяне са всички примери за структуриране.

Специален вид обработка на информация е Търсене. Задачата за търсене обикновено се формулира по следния начин: има известно съхранение на информация - информационен масив(телефонен указател, речник, разписание на влаковете и т.н.), трябва да намерите в него необходимата информация, която отговаря на определени термини за търсене(телефонен номер на тази организация, превод на тази дума на английски, час на заминаване на този влак). Алгоритъмът за търсене зависи от начина, по който е организирана информацията. Ако информацията е структурирана, тогава търсенето е по-бързо, може да се оптимизира (вижте „ Търсене на данни” 2).

В курса по пропедевтична информатика проблемите с „черната кутия“ са популярни. Изпълнителят на обработка се счита за „черна кутия“, т.е. система, чиято вътрешна организация и механизъм не познаваме. Задачата е да познаете правилото за обработка на данни (P), което изпълнява изпълнителят.

Изпълнителят на обработка изчислява средната стойност на входните стойности: Y = (х 1 + х 2)/2

На входа - дума на руски, на изхода - броя на гласните.

Най-задълбочено овладяване на проблемите на обработката на информация се случва при изучаване на алгоритми за работа с количества и програмиране (в основно и средно училище). Изпълнителят на обработката на информацията в този случай е компютър, а всички възможности за обработка са заложени в езика за програмиране. Програмиранеима описание на правилата за обработка на входните данни с цел получаване на изходни данни.

На учениците трябва да се дадат два вида задачи:

Пряка задача: да се създаде алгоритъм (програма) за решаване на проблема;

Обратна задача: при даден алгоритъм се изисква да се определи резултатът от неговото изпълнение чрез проследяване на алгоритъма.

При решаване на обратна задача ученикът се поставя в позицията на изпълнител на обработка, като стъпка по стъпка изпълнява алгоритъма. Резултатите от изпълнението на всяка стъпка трябва да бъдат отразени в таблицата за проследяване.

8. Трансфер на информация

Компоненти на процеса на пренос на информация

Прехвърлянето на информация става от източника към получателя (получателя) на информация. източникинформацията може да бъде всичко: всеки обект или явление от живата или неживата природа. Процесът на пренос на информация протича в някаква материална среда, която разделя източника и получателя на информацията, която се нарича канал трансфер на информация. Информацията се предава по канал под формата на определена последователност от сигнали, символи, знаци, които се наричат съобщение. Получателинформацията е обект, който получава съобщение, в резултат на което настъпват определени промени в състоянието му. Всичко по-горе е показано схематично на фигурата.

Трансфер на информация

Човек получава информация от всичко, което го заобикаля, чрез сетивата: слух, зрение, обоняние, осезание, вкус. Човек получава най-голямо количество информация чрез слуха и зрението. Звуковите съобщения се възприемат със слух - акустични сигнали в непрекъсната среда (най-често във въздуха). Зрението възприема светлинни сигнали, които носят образа на обектите.

Не всяко съобщение е информативно за даден човек. Например съобщение на неразбираем език, макар и предадено на човек, не съдържа информация за него и не може да причини адекватни промени в неговото състояние (вижте „ Информация").

Информационният канал може да бъде от естествен характер (атмосферен въздух, през който се предават звукови вълни, слънчева светлина, отразена от наблюдаваните обекти), или да бъде създаден изкуствено. В последния случай става дума за технически средства за комуникация.

Системи за предаване на техническа информация

Първото техническо средство за предаване на информация на разстояние е телеграфът, изобретен през 1837 г. от американеца Самуел Морз. През 1876 г. американецът А. Бел изобретява телефона. Въз основа на откритието на електромагнитните вълни от немския физик Хайнрих Херц (1886), A.S. Попов в Русия през 1895 г. и почти едновременно с него през 1896 г. Г. Маркони в Италия е изобретено радиото. Телевизията и интернет се появяват през ХХ век.

Всички изброени технически методи за информационна комуникация се основават на предаване на физически (електрически или електромагнитен) сигнал на разстояние и се подчиняват на определени общи закони. Изучаването на тези закони е теория на комуникациятакоито се появяват през 1920 г. Математически апарат на теорията на комуникацията - математическа теория на комуникацията, разработен от американския учен Клод Шанън.

Клод Елууд Шанън (1916–2001), САЩ

Клод Шанън предложи модел за процеса на предаване на информация чрез технически комуникационни канали, представен с диаграма.

Система за предаване на техническа информация

Под кодиране тук се разбира всяка трансформация на информация, идваща от източник във форма, подходяща за предаването й по комуникационен канал. Декодиране - обратна трансформация на сигналната последователност.

Работата на такава схема може да се обясни с познатия процес на говорене по телефона. Източникът на информация е говорещият човек. Енкодерът е микрофон на слушалка, който преобразува звукови вълни (говор) в електрически сигнали. Комуникационният канал е телефонната мрежа (проводници, комутатори на телефонни възли, през които преминава сигналът). Декодиращото устройство е слушалка (слушалка) на слушащия - приемник на информация. Тук входящият електрически сигнал се преобразува в звук.

На същия принцип работят съвременните компютърни системи за предаване на информация – компютърните мрежи. Има процес на кодиране, който преобразува двоичен компютърен код във физически сигнал от типа, който се предава по комуникационен канал. Декодирането е обратното преобразуване на предавания сигнал в компютърен код. Например, когато се използват телефонни линии в компютърни мрежи, функциите на кодиране и декодиране се изпълняват от устройство, наречено модем.

Капацитет на канала и скорост на предаване на информация

Разработчиците на системи за предаване на техническа информация трябва да решат две взаимосвързани задачи: как да осигурят най-висока скорост на трансфер на информация и как да намалят загубата на информация по време на предаване. Клод Шанън е първият учен, който се заема с решението на тези проблеми и създава нова наука за онова време - теория на информацията.

K.Shannon определя метода за измерване на количеството информация, предавана по комуникационните канали. Те представиха концепцията честотна лента на канала,като максимална възможна скорост на трансфер на информация.Тази скорост се измерва в битове в секунда (както и в килобита в секунда, мегабита в секунда).

Пропускателната способност на комуникационния канал зависи от техническата му реализация. Например компютърните мрежи използват следните средства за комуникация:

телефонни линии,

Свързване с електрически кабел,

оптично окабеляване,

Радиовръзка.

Пропускателна способност на телефонните линии - десетки, стотици Kbps; пропускателната способност на оптичните линии и радиокомуникационните линии се измерва в десетки и стотици Mbps.

Шум, защита от шум

Терминът "шум" се отнася до различни видове смущения, които изкривяват предавания сигнал и водят до загуба на информация. Такива смущения възникват предимно поради технически причини: лошо качество на комуникационните линии, несигурност един от друг на различни информационни потоци, предавани по едни и същи канали. Понякога, докато говорим по телефона, чуваме шум, пращене, което затруднява разбирането на събеседника, или разговорът на напълно различни хора се наслагва върху нашия разговор.

Наличието на шум води до загуба на предаваната информация. В такива случаи е необходима защита от шум.

На първо място, техническите методи се използват за защита на комуникационните канали от въздействието на шума. Например, използване на екраниран кабел вместо оголен проводник; използването на различни видове филтри, които отделят полезния сигнал от шума и др.

Клод Шанън разви теория на кодирането, който дава методи за справяне с шума. Една от важните идеи на тази теория е, че кодът, предаван по комуникационната линия, трябва да бъде излишен. Благодарение на това загубата на част от информацията по време на предаване може да бъде компенсирана. Например, ако сте трудни за чуване, когато говорите по телефона, тогава повтаряйки всяка дума два пъти, имате по-голям шанс събеседникът да ви разбере правилно.

Въпреки това, не можете да направите излишъка твърде голям. Това ще доведе до забавяне и по-високи разходи за комуникация. Теорията на кодирането ви позволява да получите код, който ще бъде оптимален. В този случай излишъкът на предаваната информация ще бъде минимално възможен, а надеждността на получената информация ще бъде максимална.

В съвременните цифрови комуникационни системи следната техника често се използва за борба със загубата на информация по време на предаване. Цялото съобщение е разделено на части - пакети. За всеки пакет се изчислява чекова сума(сума от двоични цифри), която се предава с този пакет. На мястото на получаване контролната сума на получения пакет се преизчислява и ако тя не съвпада с оригиналната сума, предаването на този пакет се повтаря. Това ще продължи, докато първоначалната и крайната контролна сума съвпаднат.

Насоки

Като се има предвид предаването на информация в пропедевтични и основни курсове по компютърни науки, на първо място, тази тема трябва да се обсъжда от позицията на човек като получател на информация. Способността да се получава информация от околния свят е най-важното условие за човешкото съществуване. Сетивните органи на човека са информационните канали на човешкото тяло, осъществяващи връзката на човека с външната среда. На тази основа информацията се разделя на зрителна, слухова, обонятелна, тактилна и вкусова. Обосновката на факта, че вкусът, обонянието и докосването носят информация на човек, е следната: помним миризмите на познати предмети, вкуса на позната храна, разпознаваме познати предмети чрез допир. А съдържанието на нашата памет е съхранена информация.

На учениците трябва да се каже, че в животинския свят информационната роля на сетивата е различна от тази на човека. Обонянието изпълнява важна информационна функция за животните. Повишеното обоняние на служебните кучета се използва от органите на реда за издирване на престъпници, откриване на наркотици и т.н. Визуалното и звуковото възприятие на животните се различава от това на хората. Например, известно е, че прилепите чуват ултразвук, а котките виждат в тъмното (от човешка гледна точка).

В рамките на тази тема студентите трябва да могат да дават конкретни примери за процеса на предаване на информация, да определят за тези примери източника, получателя на информация и каналите, използвани за предаване на информация.

Когато изучават компютърни науки в гимназията, учениците трябва да бъдат запознати с основните положения на техническата теория на комуникацията: понятията за кодиране, декодиране, скорост на предаване на информация, капацитет на канала, шум, защита от шум. Тези въпроси могат да бъдат разгледани в рамките на темата „Технически средства на компютърните мрежи“.

9. Представяне на числа

Числата в математиката

Числото е най-важната концепция на математиката, която се развива и развива през дълъг период от човешката история. Хората работят с числа от древни времена. Първоначално човек оперира само с цели положителни числа, които се наричат ​​естествени числа: 1, 2, 3, 4, ... Дълго време се смяташе, че има най-голямото число, „повече от това човешкият ум може разбирай” (както са писали в старославянските математически трактати) .

Развитието на математическата наука доведе до извода, че няма най-голямо число. От математическа гледна точка поредицата от естествени числа е безкрайна, т.е. не е ограничено. С появата на концепцията за отрицателно число в математиката (Р. Декарт, XVII век в Европа; в Индия много по-рано) се оказа, че наборът от цели числа е неограничен както „вляво“, така и „вдясно“. Математическото множество от цели числа е дискретно и неограничено (безкрайно).

Концепцията за реално (или реално) число е въведена в математиката от Исак Нютон през 18 век. От математическа гледна точка множеството от реални числа е безкрайно и непрекъснато. Той включва много цели числа и безкраен брой нецели числа. Между произволни две точки на числовата ос лежи безкраен набор от реални числа. Концепцията за реално число се свързва с идеята за непрекъсната цифрова ос, всяка точка от която съответства на реално число.

Представяне на цели числа

В паметта на компютъра числата се съхраняват в двоична бройна система(см. " Бройни системи” 2). Има две форми за представяне на цели числа в компютъра: цели числа без знак и цели числа със знак.

Цели числа без знак - това е множеството от положителни числа в диапазона, където к- това е битовата дълбочина на клетката от паметта, разпределена за номера. Например, ако клетка от памет от 16 бита (2 байта) е разпределена за цяло число, тогава най-голямото число ще бъде:

В десетичен знак това съответства на: 2 16 - 1 \u003d 65 535

Ако всички цифри на клетката са нули, тогава тя ще бъде нула. Така 2 16 = 65 536 цели числа са поставени в 16-битова клетка.

Цели числа със знак е множеството от положителни и отрицателни числа в диапазона[–2 к–1 , 2 к-единадесет]. Например, когато к= 16 диапазон на представяне на цяло число: [–32768, 32767]. Висшият ред на клетката на паметта съхранява знака на числото: 0 - положително число, 1 - отрицателно число. Най-голямото положително число 32 767 има следното представяне:

Например десетичното число 255, след като бъде преобразувано в двоично и вмъкнато в 16-битова клетка от паметта, ще има следното вътрешно представяне:

Отрицателните цели числа са представени в допълнение от две. Допълнителен кодположително число н- това е е неговото двоично представяне, което, когато се добави към числовия код н дава стойност 2 к. Тук к- броя на битовете в клетката с памет. Например допълнителният код за числото 255 ще бъде:

Това е представянето на отрицателното число -255. Нека добавим кодовете на числата 255 и -255:

Най-високият ред „изпадна“ от клетката, така че сумата се оказа нула. Но така трябва да бъде: н + (–н) = 0. Процесорът на компютъра извършва операцията изваждане като събиране с допълнителния код на изваденото число. В този случай препълването на клетката (превишаване на граничните стойности) не води до прекъсване на изпълнението на програмата. Това обстоятелство програмистът трябва да знае и да вземе предвид!

Форматът за представяне на реални числа в компютър се нарича формат с плаваща запетая. реално число Рпредставен като продукт на мантисата мвъз основа на бройната система ндо някъде стр, което се нарича ред: Р= м ? np.

Представянето на число във форма с плаваща запетая е двусмислено. Например за десетичното число 25,324 са верни следните равенства:

25,324 = 2,5324? 10 1 = 0,0025324? 10 4 \u003d 2532,4? 10 -2 и т.н.

За да избегнем неясноти, се съгласихме да използваме компютъра нормализирано представяне на число във форма с плаваща запетая. Мантисав нормализираното представяне трябва да отговаря на условието: 0.1 нм < 1 н. С други думи, мантисата е по-малка от едно и първата значима цифра не е нула. В някои случаи условието за нормализиране се приема, както следва: 1 н м < 10 н .

AT компютърна памет мантиса представено като цяло число, съдържащо само значещи цифри(0 цели числа и запетаи не се съхраняват). Следователно вътрешното представяне на реално число се свежда до представянето на двойка цели числа: мантиса и експонента.

Различните видове компютри използват различни начини за представяне на числата във форма с плаваща запетая. Помислете за един от вариантите на вътрешното представяне на реално число в четирибайтова клетка с памет.

Клетката трябва да съдържа следната информация за числото: знака на числото, експонентата и значещите цифри на мантисата.

Знакът на числото се съхранява в най-значимия бит на 1-ви байт: 0 означава плюс, 1 означава минус. Останалите 7 бита от първия байт съдържат машинна поръчка. Следващите три байта съхраняват значимите цифри на мантисата (24 бита).

Двоичните числа в диапазона от 0000000 до 1111111 са поставени в седем двоични цифри.Това означава, че машинният ред варира в диапазона от 0 до 127 (в десетична бройна система). Има общо 128 стойности. Редът, разбира се, може да бъде както положителен, така и отрицателен. Разумно е тези 128 стойности да се разделят по равно между положителни и отрицателни стойности: от -64 до 63.

Машинна поръчка предубеден спрямо математическия и има само положителни стойности. Отместването се избира така, че минималната математическа стойност на поръчката да съответства на нула.

Връзката между машинния ред (Mp) и математическия ред (p) в разглеждания случай се изразява с формулата: Mp = p + 64.

Получената формула се записва в десетичната система. В двоичен вид формулата изглежда така: Mp 2 = p 2 + 100 0000 2 .

За да напишете вътрешното представяне на реално число, трябва:

1) превежда модула на дадено число в двоична бройна система с 24 значещи цифри,

2) нормализиране на двоично число,

3) намерете машинния ред в двоичната система,

4) като вземете предвид знака на числото, изпишете неговото представяне в четирибайтова машинна дума.

Пример. Напишете вътрешното представяне на числото 250,1875 във форма с плаваща запетая.

1. Нека го преведем в двоична бройна система с 24 значещи цифри:

250,1875 10 = 11111010,0011000000000000 2 .

2. Нека запишем под формата на нормализирано двоично число с плаваща запетая:

0,111110100011000000000000 H 10 2 1000 .

Тук е мантисата, основата на бройната система
(2 10 \u003d 10 2) и редът (8 10 \u003d 1000 2) са записани в двоична система.

3. Изчислете машинния ред в двоичната система:

MP2 = 1000 + 100 0000 = 100 1000.

4. Нека напишем представянето на числото в четирибайтова клетка от паметта, като вземем предвид знака на числото

Шестнадесетична форма: 48FA3000.

Диапазонът на реалните числа е много по-широк от диапазона на целите числа. Положителните и отрицателните числа са подредени симетрично около нулата. Следователно максималният и минималният брой са равни по абсолютна стойност.

Най-малкото абсолютно число е нула. Най-голямото число с плаваща запетая в абсолютна стойност е числото с най-голямата мантиса и най-големия показател.

За четирибайтова машинна дума това число ще бъде:

0,11111111111111111111111 10 2 1111111 .

След преобразуване в десетичната бройна система получаваме:

MAX = (1 - 2 -24) 2 63 10 19 .

Ако при пресмятане с реални числа резултатът е извън допустимия диапазон, тогава изпълнението на програмата се прекъсва. Това се случва например при деление на нула или на много малко число, близко до нула.

Реални числа, чиято битова дължина на мантисата надвишава броя на битовете, разпределени за мантисата в клетка от паметта, се представят в компютъра приблизително (с „скъсена“ мантиса). Например рационалното десетично число 0,1 в компютър ще бъде представено приблизително (закръглено), тъй като в двоичната система неговата мантиса има безкраен брой цифри. Последицата от това приближение е грешката на машинните изчисления с реални числа.

Компютърът извършва изчисления с приблизително реални числа. Грешката на такива изчисления се нарича грешка при машинно закръгляване.

Наборът от реални числа, които могат да бъдат точно представени в паметта на компютъра във форма с плаваща запетая, е ограничен и дискретен. Дискретността е следствие от ограничения брой цифри на мантисата, както беше обсъдено по-горе.

Броят реални числа, които могат да бъдат точно представени в компютърната памет, може да се изчисли по формулата: н = 2 T · ( U – Л+ 1) + 1. Тук T- броят на двоичните цифри на мантисата; U- максималната стойност на математическия ред; Л- минимална стойност на поръчката. За варианта за представяне, разгледан по-горе ( T = 24, U = 63,
Л= -64) се оказва: н = 2 146 683 548.

Насоки

Темата за представяне на числова информация в компютър присъства както в стандарта за начално училище, така и в гимназията.

В основното училище (основен курс) е достатъчно да се разгледа представянето на цели числа в компютър. Изучаването на този въпрос е възможно само след запознаване с темата „Бройни системи“. В допълнение, от принципите на компютърната архитектура, студентите трябва да са наясно, че компютърът работи с двоична бройна система.

Като се има предвид представянето на цели числа, основното внимание трябва да се обърне на ограничения диапазон от цели числа, на връзката на този диапазон с капацитета на разпределената клетка от паметта - к. За положителни числа (без знак): , за положителни и отрицателни числа (със знак): [–2 к–1 , 2 к–1 – 1].

Получаването на вътрешното представяне на числата трябва да се анализира с примери. След това, по аналогия, учениците трябва самостоятелно да решават такива задачи.

Пример 1 Вземете вътрешното представяне със знак на цялото число 1607 в двубайтово място в паметта.

1) Преобразувайте числото в двоичната система: 1607 10 = 11001000111 2 .

2) Добавяйки нули към 16 цифри отляво, получаваме вътрешното представяне на това число в клетката:

Желателно е да се покаже как се използва шестнадесетичната форма за компресираната форма на този код, която се получава чрез заместване на всеки четири двоични цифри с една шестнадесетична цифра: 0647 (вижте „ Бройни системи” 2).

По-труден е проблемът за получаване на вътрешното представяне на отрицателно цяло число (– н) - допълнителен код. Трябва да покажете на учениците алгоритъма на тази процедура:

1) вземете вътрешното представяне на положително число н;

2) вземете кода за връщане на това число, като замените 0 с 1 и 1 с 0;

3) добавете 1 към полученото число.

Пример 2. Вземете вътрешното представяне на отрицателно цяло число -1607 в двубайтово място в паметта.

Полезно е да се покаже на учениците как изглежда вътрешното представяне на най-малкото отрицателно число. В двубайтова клетка това е -32 768.

1) лесно е да преобразувате числото 32 768 в двоичната бройна система, тъй като 32 768 = 2 15. Следователно в двоичен формат е:

1000000000000000

2) напишете обратния код:

0111111111111111

3) добавете единица към това двоично число, получаваме

Този в първия бит означава знак минус. Няма нужда да мислите, че полученият код е минус нула. Това е -32 768 в допълнение от две. Това са правилата за машинно представяне на цели числа.

След като покажете този пример, накарайте учениците да докажат сами, че добавянето на числовите кодове 32767 + (-32768) води до числов код -1.

Според стандарта представянето на реални числа трябва да се изучава в гимназията. Когато изучавате компютърни науки в 10–11 клас на основно ниво, достатъчно е да разкажете на учениците за основните характеристики на компютър с реални числа: за ограничения обхват и прекъсване на програмата, когато тя надхвърля него; за грешката на машинните изчисления с реални числа, че компютърът извършва изчисления с реални числа по-бавно, отколкото с цели числа.

Обучението на ниво профил изисква подробен анализ на това как да се представят реални числа във формат с плаваща запетая, анализ на характеристиките за извършване на изчисления на компютър с реални числа. Много важен проблем тук е оценката на изчислителната грешка, предупреждението срещу загуба на стойност, срещу прекъсване на програмата. Подробни материали по тези въпроси са налични в ръководството за обучение.

10. Бройна система

Бройна система - това е начин за представяне на числа и съответните правила за работа с числа. Различните бройни системи, които са съществували преди и се използват днес, могат да бъдат разделени на непозиционнии позиционен. Знаци, използвани при писане на числа, са наречени числа.

AT непозиционни бройни системи стойността на цифрата не зависи от нейната позиция в числото.

Пример за непозиционна бройна система е римската система (римски цифри). В римската система латинските букви се използват като числа:

Пример 1. Числото CCXXXII се състои от двеста, три десетици и две единици и е равно на двеста тридесет и две.

Римските цифри се изписват отляво надясно в низходящ ред. В този случай техните стойности се добавят. Ако отляво е написано по-малко число, а отдясно - голямо, тогава техните стойности се изваждат.

VI = 5 + 1 = 6; IV \u003d 5 - 1 \u003d 4.

MCMXCVIII = 1000 + (-100 + 1000) +

+ (–10 + 100) + 5 + 1 + 1 + 1 = 1998.

AT позиционни бройни системи стойността, обозначена с цифра в запис на число, зависи от нейната позиция. Броят на използваните цифри се нарича основа на позиционната бройна система.

Бройната система, използвана в съвременната математика, е позиционна десетична система. Основата му е десет, защото Всякакви числа се записват с десет цифри:

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.

Позиционният характер на тази система е лесен за разбиране чрез примера на всяко многоцифрено число. Например в числото 333 първата тройка означава триста, втората - три десетици, третата - три единици.

Записване на числата в позиционна система с основа нтрябва да имам азбукаот нцифри. Обикновено за това н < 10 используют нпървите арабски цифри и н> 10 букви се добавят към десет арабски цифри. Ето примери за азбуки от няколко системи:

Ако се изисква да се посочи базата на системата, към която принадлежи номерът, тогава към този номер се присвоява долен индекс. Например:

1011012, 36718, 3B8F16.

В основната бройна система р (р-арна бройна система) единиците от цифри са последователни степени на число р. рединици от всяка категория формират единицата от следващата категория. За да напишете номер р-изисква се номерна система рразлични символи (цифри), представляващи числата 0, 1, ..., р– 1. Писане на число рв р-арната бройна система има формата 10.

Разгъната форма за запис на число

Позволявам Aq- номер в основната система р, ай -цифри от дадена бройна система, присъстващи в записа на число А, н+ 1 - броят на цифрите на цялата част от числото, м- броят на цифрите на дробната част на числото:

Разширена форма на число НОсе нарича запис във формата:

Например за десетично число:

Следните примери показват разширената форма на шестнадесетични и двоични числа:

Във всяка бройна система нейната основа се записва като 10.

Ако всички членове в разширен вид на недесетично число се представят в десетичната система и полученият израз се изчисли по правилата на десетичната аритметика, тогава ще се получи число в десетичната система, равно на даденото. Съгласно този принцип се извършва преобразуване от недесетична система в десетична. Например преобразуването в десетичната система на числата, записани по-горе, се извършва по следния начин:

Преобразуване на десетични числа в други бройни системи

Превод на цели числа

цяло десетично число хтрябва да се прехвърли на система с база р: х = (ан а n-1 …а 1 а 0) q . Намерете значимите цифри на число: . Нека представим числото в разширена форма и извършим идентичната трансформация:

От тук става ясно, че а 0 е остатъкът след делене на числото хна брой р. Изразът в скобите е цяло число на това деление. Нека го обозначим като х 1. Извършвайки подобни трансформации, получаваме:

Следователно, а 1 е остатъкът от делението х 1 на р. Продължавайки делението с остатък, ще получим поредица от цифри на желаното число. Номер анв тази верига от подразделения ще бъде последният частен, по-малък р.

Нека формулираме полученото правило: за за да преобразувате цяло десетично число в бройна система с различна основа, трябва:

1) изразете основата на новата бройна система в десетичната бройна система и извършете всички последващи действия съгласно правилата на десетичната аритметика;

2) последователно разделяме даденото число и получените частични частни на основата на новата бройна система, докато получим непълно частно, по-малко от делителя;

3) получените остатъци, които са цифри на число в новата бройна система, ги привеждат в съответствие с азбуката на новата бройна система;

4) съставете число в новата бройна система, като го запишете, като започнете от последното лично число.

Пример 1. Преобразувайте числото 37 10 в двоична система.

За да обозначим числата в нотацията на число, използваме символика: а 5 а 4 а 3 а 2 а 1 а 0

Следователно: 37 10 = l00l0l 2

Пример 2. Преобразувайте десетичното число 315 в осмична и шестнадесетична система:

От тук следва: 315 10 = 473 8 = 13B 16. Припомнете си, че 11 10 = B 16 .

десетична х < 1 требуется перевести в систему с основанием р: х = (0, а –1 а –2 … а–m+1 а–m) q. Намерете значимите цифри на число: а –1 ,а –2 , …, а-м. Представяме числото в разширена форма и го умножаваме по р:

От тук става ясно, че а–1 хна брой р. Означаваме с х 1 дробна част от продукта и я умножете по р:

Следователно, а –2 има цяла част от работата х 1 на брой р. Продължавайки умножението, ще получим поредица от цифри. Сега нека формулираме правилото: за да преобразувате десетична дроб в бройна система с различна основа, трябва:

1) последователно умножете даденото число и получените дробни части от продуктите по основата на новата система, докато дробната част от продукта стане равна на нула или се достигне необходимата точност на представяне на числото в новата бройна система;

2) получените цели числа от продуктите, които са цифри на число в новата бройна система, ги привеждат в съответствие с азбуката на новата бройна система;

3) съставете дробната част на числото в новата бройна система, като започнете с цялата част на първия продукт.

Пример 3. Преобразувайте десетично число 0,1875 в двоично, осмично и шестнадесетично.

Тук цялата част от числата е в лявата колона, а дробната част е в дясната колона.

Следователно: 0,1875 10 = 0,0011 2 = 0,14 8 = 0,3 16

Преводът на смесени числа, съдържащи цели и дробни части, се извършва на два етапа. Цялата и дробната част на оригиналното число се превеждат отделно според съответните алгоритми. При окончателния запис на число в новата бройна система целочислената част се отделя от дробната запетая (точка).

Насоки

Темата „Бройни системи” е пряко свързана с математическата теория на числата. Въпреки това, в училищния курс по математика, като правило, не се изучава. Необходимостта от изучаване на тази тема в курс по компютърни науки е свързана с факта, че числата в компютърната памет са представени в двоична бройна система, а шестнадесетичните или осмичните системи се използват за външно представяне на съдържанието на паметта, адресите на паметта. Това е една от традиционните теми на курс по компютърни науки или програмиране. Тъй като е свързана с математиката, тази тема допринася и за фундаменталното математическо образование на учениците.

За курса по компютърни науки основният интерес е запознаването с двоичната бройна система. Използването на двоичната бройна система в компютъра може да се разглежда в два аспекта: 1) двоично номериране, 2) двоична аритметика, т.е. извършване на аритметични изчисления върху двоични числа.

Двоично номериране

С двоичното номериране учениците се срещат в темата „Представяне на текст в паметта на компютъра“. Когато говорим за таблицата за кодиране, учителят трябва да информира учениците, че вътрешният двоичен код на знака е неговият сериен номер в двоичната бройна система. Например номерът на буквата S в таблицата ASCII е 83. Осемцифреният двоичен код на буквата S е равен на стойността на това число в двоичната система: 01010011.

Двоично изчисление

Според принципа на Джон фон Нойман компютърът извършва изчисления в двоичната система. В рамките на основния курс е достатъчно да се ограничим до разглеждане на изчисления с двоични числа. За да извършвате изчисления с многоцифрени числа, трябва да знаете правилата за събиране и правилата за умножение на едноцифрени числа. Ето правилата:

Принципът на пермутация на събиране и умножение работи във всички бройни системи. Техниките за извършване на изчисления с многоцифрени числа в двоичната система са подобни на десетичните. С други думи, процедурите за събиране, изваждане и умножение по „колона“ и деление по „ъгъл“ в двоичната система се извършват по същия начин, както в десетичната система.

Обмислете правилата за изваждане и деление на двоични числа. Операцията на изваждане е обратна на събирането. От горната таблица за събиране следват правилата за изваждане:

0 - 0 = 0; 1 - 0 = 1; 10 - 1 = 1.

Ето пример за многоцифрено изваждане:

Полученият резултат може да се провери чрез събиране на разликата с изваждаемото. Трябва да е намаляващо число.

Делението е обратна операция на умножението.
Във всяка бройна система не можете да разделите на 0. Резултатът от деленето на 1 е равен на дивидента. Разделянето на двоично число на 102 премества десетичната запетая с едно място наляво, точно както десетичното деление на десет. Например:

Деленето на 100 измества десетичната запетая с 2 позиции наляво и т.н. В основния курс не можете да разглеждате сложни примери за разделяне на многозначни двоични числа. Въпреки че способните ученици могат да се справят с тях, след като са разбрали общите принципи.

Представянето на информацията, съхранявана в паметта на компютъра, в нейната истинска двоична форма е много тромаво поради големия брой цифри. Това се отнася до записването на такава информация на хартия или показването й на екрана. За тези цели е обичайно да се използват смесени двоично-осмични или двоично-шестнадесетични системи.

Съществува проста връзка между двоичното и шестнадесетичното представяне на число. При превод на число от една система в друга една шестнадесетична цифра съответства на четирицифрен двоичен код. Това съответствие е отразено в двоично-шестнадесетичната таблица:

Двоична шестнадесетична таблица

Такава връзка се основава на факта, че 16 = 2 4 и броят на различните четирицифрени комбинации от цифрите 0 и 1 е 16: от 0000 до 1111. Следователно преобразуването на числата от шестнадесетични в двоични и обратно се извършва чрез формално преобразуване чрез двоично-шестнадесетична таблица.

Ето пример за преобразуване на 32-битов двоичен код в шестнадесетична система:

1011 1100 0001 0110 1011 1111 0010 1010 BC16BF2A

Ако е дадено шестнадесетично представяне на вътрешната информация, тогава е лесно да се преведе в двоичен код. Предимството на шестнадесетичното представяне е, че е 4 пъти по-кратко от двоичното. Желателно е учениците да научат наизуст двоично-шестнадесетичната таблица. Тогава наистина за тях шестнадесетичното представяне ще стане еквивалентно на двоично.

В двоичната осмична система всяка осмична цифра съответства на триада от двоични цифри. Тази система ви позволява да намалите двоичния код 3 пъти.

11. Съхранение на информация

Човек съхранява информация в собствената си памет, както и под формата на записи на различни външни (по отношение на човек) носители: върху камък, папирус, хартия, магнитни и оптични носители и др. Благодарение на такива записи информацията е предавани не само в пространството (от човек на човек), но и във времето - от поколение на поколение.

Разнообразие от носители за съхранение

Информацията може да се съхранява в различни форми: под формата на текстове, под формата на фигури, диаграми, чертежи; под формата на снимки, под формата на звукозаписи, под формата на филмови или видеозаписи. Във всеки случай се използват техните носители. Превозвач - това е материалният носител, използван за записване и съхраняване на информация.

Основните характеристики на информационните носители включват: информационен обем или плътност на съхранение на информация, надеждност (трайност) на съхранение.

Хартиени носители

Носачът с най-масово използване е все още хартия. Изобретен през 2 век от н.е. в Китай хартията е служила на хората от 19 века.

За да сравним обемите информация на различни носители, ще използваме универсална единица - байт, като приемем, че един знак от текста "тежи" 1 байт. Книга, съдържаща 300 страници, с размер на текста приблизително 2000 знака на страница, има информационен обем от 600 000 байта или 586 KB. Информационният обем на библиотеката на средното училище, чийто фонд е 5000 тома, е приблизително равен на 2861 MB = 2,8 GB.

Що се отнася до дълготрайността на съхранение на документи, книги и други хартиени продукти, тя много зависи от качеството на хартията, от багрилата, използвани за изписване на текста, и от условията на съхранение. Интересното е, че до средата на 19 век (оттогава дървото започва да се използва като хартиена суровина) хартията се произвежда от памук и текстилни отпадъци - парцали. Мастилата бяха естествени багрила. Качеството на ръкописните документи от онова време беше доста високо и те можеха да се съхраняват хиляди години. С прехода към дървена основа, с разпространението на пишещи и копирни инструменти, с използването на синтетични багрила, срокът на годност на печатните документи намалява до 200-300 години.

Магнитни носители

Магнитният запис е изобретен през 19 век. Първоначално магнитният запис се използва само за запазване на звука. Първият магнитен носител за запис беше стоманена тел с диаметър до 1 mm. В началото на 20 век за тези цели се използва и валцована стоманена лента. Качествените характеристики на всички тези носители бяха много ниски. Производството на 14-часов магнитен запис на устни презентации на международния конгрес в Копенхаген през 1908 г. изисква 2500 км или около 100 кг тел.

През 1920 г. се появяват магнитна лентапърво на хартия, а по-късно на синтетична (лавсанова) основа, върху чиято повърхност се нанася тънък слой феромагнитен прах. През втората половина на 20-ти век се научили как да записват изображение на магнитна лента, появили се видеокамери и видеорекордери.

На компютри от първо и второ поколение магнитната лента се използва като единственият тип сменяем носител за устройства с външна памет. Около 500 Kb информация са били поставени на една макара с магнитна лента, която е била използвана в лентовите устройства на първите компютри.

От началото на 60-те години компютърът магнитни дискове: алуминиев или пластмасов диск, покрит с тънък слой магнитен прах с дебелина няколко микрона. Информацията на диска е подредена по кръгли концентрични пътеки. Магнитните дискове са твърди и гъвкави, сменяеми и вградени в компютърно устройство. Последните традиционно се наричат ​​твърди дискове, а сменяемите дискети се наричат ​​флопи дискове.

Твърдият диск на компютъра е пакет от магнитни дискове, поставени на обща ос. Информационният капацитет на съвременните твърди дискове се измерва в гигабайти - десетки и стотици GB. Най-често срещаният тип флопи диск с диаметър 3,5 инча съдържа 2 MB данни. Дискетите наскоро излязоха от употреба.

Пластмасовите карти са широко разпространени в банковата система. Използват и магнитния принцип на записване на информация, с която работят банкоматите и касовите апарати, свързани с информационната банкова система.

Оптични носители

Използването на оптичен или лазерен метод за запис на информация започва през 80-те години на миналия век. Появата му се свързва с изобретяването на квантов генератор - лазер, източник на много тънък (с дебелина от порядъка на микрон) лъч с висока енергия. Лъчът е в състояние да изгори двоичен код от данни с много висока плътност върху повърхността на разтопим материал. Четенето възниква в резултат на отражение от такава "перфорирана" повърхност на лазерен лъч с по-малко енергия ("студен" лъч). Поради високата плътност на запис, оптичните дискове имат много по-голям обем информация от еднодисковите магнитни носители. Информационният капацитет на оптичния диск е от 190 до 700 MB. Оптичните дискове се наричат ​​компактдискове.

През втората половина на 90-те години на миналия век се появиха цифрови универсални видео дискове (DVD). ддигитален Vгъвкав д isk) с голям капацитет, измерен в гигабайти (до 17 GB). Увеличаването на капацитета им в сравнение с компактдисковете се дължи на използването на лазерен лъч с по-малък диаметър, както и на двуслоен и двустранен запис. Помислете отново за примера с училищната библиотека. Целият й книжен фонд може да бъде поставен на едно DVD.

В момента оптичните дискове (CD - DVD) са най-надеждните материални носители на цифрово записана информация. Тези типове носители са или еднократно записвани - само за четене, или презаписваеми - четене-запис.

Флаш памет

Напоследък се появиха много мобилни цифрови устройства: цифрови фотоапарати и видеокамери, MP3 плейъри, PDA устройства, мобилни телефони, четци на електронни книги, GPS навигатори и много други. Всички тези устройства изискват преносими носители за съхранение. Но тъй като всички мобилни устройства са доста миниатюрни, те също имат специални изисквания към носителите за съхранение. Те трябва да са компактни, да имат ниска консумация на енергия по време на работа и да са енергонезависими при съхранение, да имат голям капацитет, висока скорост на запис и четене и дълъг експлоатационен живот. Всички тези изисквания са изпълнени флаш картипамет. Информационният обем на флаш картата може да бъде няколко гигабайта.

Като външен носител за компютър бяха широко използвани флаш ключове („флаш устройства“ - те се наричат ​​разговорно), чието пускане започна през 2001 г. Голямо количество информация, компактност, висока скорост на четене и запис, лекота на използване са основните предимства на тези устройства. Флаш ключодържателят се свързва към USB порта на компютъра и ви позволява да изтегляте данни със скорост от около 10 Mb в секунда.

"Нано-носители"

През последните години се работи активно за създаване на още по-компактни носители на информация с помощта на така наречените „нанотехнологии“, работещи на ниво атоми и молекули на материята. В резултат на това един компактдиск, направен с помощта на нанотехнологии, може да замени хиляди лазерни дискове. Според експертите след около 20 години плътността на съхранението на информация ще се увеличи до такава степен, че всяка секунда от човешкия живот може да бъде записана на носител с обем около кубичен сантиметър.

Организация на информационните хранилища

Информацията се съхранява на носител, така че да може да се преглежда, да се търси необходимата информация, необходими документи, да се попълват и променят, да се изтриват данни, които са загубили своята релевантност. С други думи, съхранената информация е необходима на човек, за да работи с нея. Удобството на работа с такива информационни хранилища зависи до голяма степен от това как е организирана информацията.

Възможни са две ситуации: или данните не са организирани по никакъв начин (тази ситуация понякога се нарича куп), или данните структуриран. С нарастването на обема на информацията опцията „куп“ става все по-неприемлива поради сложността на практическото й използване (търсене, актуализиране и др.).

Думите „данните са структурирани“ означават наличието на определен ред от данни в тяхното съхранение: в речник, график, архив, компютърна база данни. Справочниците, речниците, енциклопедиите обикновено използват линейния азбучен принцип на организиране (структуриране) на данни.

Библиотеките са най-голямото хранилище на информация. Споменаванията за първите библиотеки датират от 7 век пр.н.е. С изобретяването на печата през 15 век библиотеките започват да се разпространяват по целия свят. Библиотекарството има вековен опит в организирането на информация.

За организиране и търсене на книги в библиотеките се създават каталози: списъци на книжния фонд. Първият библиотечен каталог е създаден в известната Александрийска библиотека през 3 век пр.н.е. С помощта на каталога читателят определя наличието на необходимата му книга в библиотеката, а библиотекарят я намира в книгохранилището. Когато се използва хартиена технология, каталогът е организиран набор от картонени карти с информация за книги.

Има азбучен и систематичен каталози. AT азбученкаталози, картите са подредени по азбучен ред на имената на авторите и формата линеен(едноетажна)структура на данни. AT систематиченкаталожните карти са систематизирани според съдържанието на книгите и формата йерархична структура на данните. Например всички книги са разделени на художествени, образователни, научни. Учебната литература се разделя на училищна и университетска. Книгите за училище са разделени по класове и т.н.

В съвременните библиотеки хартиените каталози се заменят с електронни. В този случай търсенето на книги се извършва автоматично от информационната система на библиотеката.

Данните, съхранявани на компютърни носители (дискове), имат файлова организация. Файлът е като книга в библиотека. Подобно на библиотечна директория, операционната система създава директория на диска, която се съхранява на специални песни. Потребителят търси желания файл, като разглежда директорията, след което операционната система намира този файл на диска и го предоставя на потребителя. Първият дисков носител с малък капацитет използва структура за съхранение на файлове на едно ниво. С появата на твърдите дискове с голям капацитет започва да се използва йерархична файлова структура. Заедно с понятието „файл“ се появи понятието папка (виж „ Файлове и файлова система” 2).

По-гъвкава система за организиране на съхранение и извличане на данни са компютърните бази данни (вж . “База данни” 2).

Надеждност на съхранението на информация

Проблемът с надеждността на съхранението на информация е свързан с два вида заплахи за съхраняваната информация: унищожаване (загуба) на информация и кражба или изтичане на поверителна информация. Хартиените архиви и библиотеки винаги са били застрашени от физическо изчезване. Унищожаването на споменатата по-горе Александрийска библиотека през 1 век пр. н. е. нанася големи щети на цивилизацията, тъй като повечето от книгите в нея съществуват в един екземпляр.

Основният начин за защита на информацията в хартиените документи от загуба е тяхното дублиране. Използването на електронни носители прави копирането по-лесно и по-евтино. Преходът към нови (цифрови) информационни технологии обаче създаде нови проблеми на информационната сигурност. Вижте статията " Защита на данни” 2.

В процеса на изучаване на курса по информатика студентите придобиват определени знания и умения, свързани със съхранението на информация.

Учениците се научават да работят с традиционни (хартиени) източници на информация. Стандартът за основното училище отбелязва, че учениците трябва да се научат да работят с некомпютърни източници на информация: справочници, речници, библиотечни каталози. За целта те трябва да бъдат запознати с принципите на организиране на тези източници и с методите за оптимално търсене в тях. Тъй като тези знания и умения са от голямо общообразователно значение, е желателно те да се дават на учениците възможно най-рано. В някои програми на курса по пропедевтична информатика се обръща голямо внимание на тази тема.

Студентите трябва да овладеят техниките за работа с преносими компютърни носители. През последните години все по-рядко се използват флопи магнитни дискове, които са заменени от обемни и бързи флаш носители. Учениците трябва да могат да определят информационния капацитет на носителя, количеството свободно пространство и да сравняват обема на записаните файлове с него. Учениците трябва да разберат, че оптичните дискове са най-подходящият носител за дългосрочно съхранение на големи количества данни. Ако имате CD записващо устройство, научете ги как да пишат файлове.

Важен момент от обучението е да се разяснят опасностите, на които е изложена компютърната информация от злонамерени програми - компютърни вируси. Децата трябва да бъдат научени на основните правила за "компютърна хигиена": да извършват антивирусен контрол на всички новопостъпили файлове; редовно актуализиране на антивирусни бази данни.

12. Езици

Определение и класификация на езиците

език - това е определена система за символно представяне на информация. В училищния речник по информатика, съставен от A.P. Ершов е дадено следното определение: „ език- набор от символи и набор от правила, които определят как да се съставят смислени съобщения от тези символи". Тъй като смисленото съобщение се разбира като информация, това определение по същество съвпада с първото.

Езиците са разделени на две групи: естествени и формални. естествени езици- това е исторически формирани езици на националната реч. Повечето съвременни езици се характеризират с наличието на устни и писмени форми на речта. Анализът на естествените езици е най-вече предмет на филологическите науки, по-специално на лингвистиката. В компютърните науки анализът на естествените езици се извършва от специалисти в областта на изкуствения интелект. Една от целите на разработването на проекта за компютър от пето поколение е да научи компютъра да разбира естествените езици.

Официалните езици са изкуствено създадени езици за професионална употреба. Те обикновено имат международен характер и имат писмена форма. Примери за такива езици са езикът на математиката, езикът на химичните формули, музикалната нотация - езикът на музиката и др.

Следните понятия са свързани с всеки език: азбука - използвани много символи; синтаксис- правила за писане на езикови конструкции(текст на език); семантика - семантична страна на езиковите конструкции; прагматика - практически последици от използването на текст на даден език.

За официални езицихарактеризиращ се с принадлежност към ограничен предметна област(математика, химия, музика и др.). Целта на официалния език - адекватно описание на системата от понятия и отношения, присъщи на дадена предметна област. Следователно всички горепосочени компоненти на езика (азбука, синтаксис и др.) са насочени към спецификата на предметната област. Един език може да се развива, променя и допълва заедно с развитието на своята предметна област.

Естествените езици не са ограничени в приложението си, в този смисъл те могат да бъдат наречени универсални. Въпреки това, не винаги е удобно да се използва само естествен език в силно специализирани области. В такива случаи хората прибягват до помощта на формалните езици.

Известни са примери за езици, които са в междинно състояние между естествено и формално. език Есперантое създаден изкуствено за общуване между хора от различни националности. НО латински, който в древността е бил говорен от жителите на Римската империя, се е превърнал в официалния език на медицината и фармакологията в наше време, като е загубил функцията на говорим език.

Езици на компютърните науки

Информацията, циркулираща в компютъра, се разделя на два вида: обработена информация (данни) и информация, която управлява работата на компютъра (команди, програми, оператори).

Информацията, представена във вид, подходящ за съхранение, предаване и обработка от компютър, се нарича данни. Примери за данни: числа при решаване на математическа задача; последователности от символи при обработка на текст; изображение, въведено в компютър чрез сканиране, за да бъде обработено. Начинът, по който данните са представени в компютъра, се нарича език за представяне на данни.

Всеки тип данни има различно външно и вътрешно представяне на данни. Външен изглед ориентиран към човека, определя вида на данните на изходните устройства: на екрана, на разпечатката. Вътрешно представителство- това е представяне на носител за съхранение в компютър, т.е. в паметта, в линиите за предаване на информация. Компютърът директно оперира с информацията във вътрешното представяне, а външното представяне се използва за комуникация с човека.

В най-общ смисъл можем да кажем, че езикът за представяне на компютърни данни е език на двоичен код. Въпреки това, от гледна точка на горните свойства, които всеки език трябва да притежава: азбука, синтаксис, семантика, прагматика, не може да се говори за един общ език на двоичните кодове. Единственото общо нещо, което има, е двоичната азбука: 0 и 1. Но за различните типове данни правилата на синтаксиса и семантиката на езика за вътрешно представяне се различават. Една и съща последователност от двоични цифри за различни типове данни има напълно различно значение. Например, двоичният код “0100000100101011” в езика за целочислено представяне обозначава десетичното число 16683, а в езика за символно представяне на данни той обозначава два знака - “A+”. По този начин, различните типове данни използват различни вътрешни езици за представяне. Всички те имат двоична азбука, но се различават в тълкуването на последователностите от знаци.

Езиците за външно представяне на данни обикновено са близки до формата, позната на хората: числата са представени в десетичната система, когато се пишат текстове, се използват азбуки на естествени езици, традиционни математически символи и т.н.. При представянето на структурите от данни, a използва се удобна таблична форма (релационни бази данни). Но дори и в този случай винаги има определени правила на синтаксиса и семантиката на езика, използва се ограничен набор от валидни символи.

Вътрешният език за представяне на действия върху данни (езикът за управление на работата на компютъра) е команден език на компютърния процесор. Външни езици за представяне на действия върху данни включват езици за програмиране на високо ниво, езици за въвеждане на пакети с приложения, командни езици на операционната система, езици за манипулиране на данни в СУБДи т.н.

Всеки език за програмиране на високо ниво включва както средства за представяне на данни - секцията с данни, така и средства за представяне на действия върху данни - секция оператор (вижте " Програмни езици” 2). Същото важи и за другите типове компютърни езици, изброени по-горе.

Сред формалните езици на науката най-близък до компютърните науки е езикът на математиката.
От своя страна, от многото математически дисциплини, теорията на числата и математическата логика имат най-голямо приложение в компютърните науки.
В тази връзка можем да кажем, че темите за бройните системи (езика за представяне на числа) и основите на математическата логика (езика на логиката) са свързани с фундаменталните основи на компютърните науки (виж „ Бройни системи" и " Булеви изрази” 2).

Насоки

В курсовете по пропедевтика и основна информатика разговорът за езици по отношение на човек е от голямо образователно значение. Терминът „език“, познат на учениците, придобива ново значение в съзнанието им. Около този термин е изградена цяла система от научни понятия. Концепцията за език е една от най-важните основни концепции на курса по информатика.

Когато изучават всеки нов ИКТ инструмент, учениците трябва да бъдат насочени към факта, че за да работят с него, потребителят трябва да владее определен формализиран език, че използването му изисква стриктно спазване на правилата на езика: познаване на азбуката, синтаксиса , семантика и прагматика. Тази строгост се дължи на факта, че формализираните езици, като правило, нямат излишък. Следователно всяко нарушение на правилата (използване на знак, който не е включен в азбуката, неправилно използване на разделителни знаци, например запетая вместо точка и т.н.) води до грешка.

Студентите трябва да обърнат внимание на общността на някои езикови конструкции, използвани в различни технологии. Например, правилата за писане на формули в електронни таблици и аритметични изрази в езиците за програмиране са почти еднакви. Има и разлики, на които също трябва да обърнете внимание. Например в езиците за програмиране логическите връзки (НЕ, И, ИЛИ) са знаци на операции, а в електронните таблици те са имена на функции.

За да се опрости работата на потребителя в съвременния софтуер, често се използват различни видове черупки, за да се осигури удобен потребителски интерфейс. Трябва да се обясни на учениците, че зад тези черупки по правило се крие определен формализиран език. Например зад графичната обвивка на операционната система Windows е скрит командният език на ОС. Друг пример: MS Access DBMS предоставя на потребителя възможността да използва дизайнера на таблици за създаване на база данни и дизайнера на заявки за изграждане на заявки. Въпреки това, зад тези инструменти на високо ниво, SQL е „скрит“ – универсален език за описване на данни и манипулиране на данни. Превключвайки в съответния режим, можете да покажете как изглеждат SQL командите, генерирани в резултат на работа с конструктора.

Библиография към раздел „Теоретична информация“

1. Андреева Е.AT.,Босова Л.Л.,Фалина И.з. Математически основи на информатиката. Избираема дисциплина. М.: БИНОМ. Лаборатория на знанието, 2005 г.

2. Бешенков С.НО.,Ракитина Е.НО. Информатика. Систематичен курс. Учебник за 10 клас. Москва: Лаборатория за основни знания, 2001, 57 с.

3.Винер Н. Кибернетика, или управление и комуникация в животното и машината. Москва: Съветско радио, 1968, 201 с.

4. Информатика. Задачна тетрадка-работилница в 2 тома / Изд. И.Г. Семакина, Е.К. Хенър. Т. 1. М.: БИНОМ. Лаборатория на знанието, 2005 г.

5. Кузнецов А.А., Бешенков С.А., Ракитина Е.А., Матвеева Н.В., Милохина Л.В.Непрекъснат курс по информатика (концепция, система от модули, моделна програма). Информатика и образование, бр.1, 2005г.

6. Математически енциклопедичен речник. Раздел: „Речник по училищна информатика”. М.: Съветска енциклопедия, 1988.

7.Фридланд А.аз. Информатика: процеси, системи, ресурси. М.: БИНОМ. Лаборатория на знанието, 2003 г.

Общото наименование "документация", което понякога служи като синоним на термина "И.". През 1931 г. е основан Международният библиографски институт от П. Отле и белгийски адвокат и общественик. La Fontaine през 1895 г. е преименуван на Международен институт по документация, а през 1938 г. - на Международна федерация по документация, която продължава да бъде основната международна организация, която обединява специалисти по . и научна и информационна дейност (виж Международната федерация по документация). През 1945 г. американският учен и инженер У. Буш публикува книгата „Възможният механизъм на нашето мислене“, в която за първи път широко се поставя въпросът за необходимостта от механизиране на извличането на информация. Международните конференции по научна информация (Лондон, 1948; Вашингтон, 1958) отбелязаха първите етапи в развитието на I. Проучването на моделите на разпръскване на извършените научни публикации беше от голямо значение. Брадфорд (Великобритания, 1948 г.). До средата на 60-те години. 20-ти век бяха разработени основно принципи и методи за извличане на информация и технически средства за тяхното прилагане. W. Batten (Великобритания), . Муерс и. Таубе (САЩ) положи основите на координатното индексиране; . Викери,. Фоскет (Великобритания), Дж. Пери, А. Кент, Дж. Костело, . П. Лун, . Берние (САЩ), . C. Garden (Франция) разработи основите на теорията и методологията за извличане на информация; S. Cleverdon (Великобритания) изследва методи за сравняване на техническата ефективност на различни видове системи за търсене на информация; Р. Шоу (САЩ) и Дж. Самин (Франция) създадоха първите устройства за извличане на информация върху микрофилми и диамикрокарти, които послужиха като прототипи на много специални информационни машини; К. Мюлер и К. Карлсън (САЩ) предлагат нови методи за възпроизвеждане на документи, които са в основата на съвременните техники за репрография. Съвременният етап в развитието на информацията (70-те години на миналия век) се характеризира с по-задълбочено разбиране на общонаучното значение на научната информационна дейност и все по-широкото използване на електронни изчислителни машини в нея. Д. Прайс (САЩ), развивайки идеите на Дж. Бернал (Великобритания), посочи възможността за измерване на развитието на науката с помощта на показатели и средства на И.; . Гарфийлд (САЩ) разработва и въвежда нови методи за научно-информационно обслужване; G. Menzel и W. Garvey (САЩ) изследват информационните потребности на учените и специалистите, значението на различните процеси на научна комуникация. Общата теория на И. в чужбина се формира в трудовете на А. Аврамеску (Румъния), А. Висоцки и М. Дембовская (Полша), И. Коблиц (ГДР), А. Мерта (Чехословакия), И. Ползович (Унгария), . Peach (Германия), A. Rees, R. Taylor, J. Shira (САЩ), R. Fairthorn (Великобритания) и др.. В СССР развитието на научната и информационната дейност върви ръка за ръка с развитието на съветската науката и националното стопанство. През 30-те години. 20-ти век работи комисията за издаване на индекси (индекси) на научната литература, започнаха да се появяват абстрактни списания на Академията на науките на СССР по физико-математически науки, химия и др. (виж Библиография). Тази дейност започва да се развива особено интензивно от 50-те години. Формирането на И. като самостоятелна научна дисциплина датира от края на 40-те и началото на 50-те години. В СССР информацията е институционализирана през 1952 г., когато е създаден Институтът за научна информация към Академията на науките на СССР, сега Всесъюзен научно-технически институт по информация (ВИНИТИ). От 1959 г. Съветът на министрите на СССР прие редица решения, насочени към подобряване и развитие на единна национална система за научна и техническа информация. Три всесъюзни конференции по автоматизираната обработка на научна информация (1961, 1963 и 1966 г.) са важни етапи в развитието на информационните технологии в СССР. От голямо значение за развитието на теорията на И. беше международният симпозиум на страните-членки на Съвета за икономическа взаимопомощ и Югославия по теоретични проблеми на компютърните науки (Москва, 1970 г.), а за усъвършенстване на техническите средства на И. - международните изложби "Инфорга-65" и "Интероргтехника-66", които демонстрираха технически средства за комплексна механизация и автоматизация на процесите на обработка, съхранение, търсене и разпространение на научна информация. Много изследвания на руски I. формират основата за по-нататъшното му развитие: в областта на общата теория на I. - работата на V. A. Uspenski, Yu. A. Shreider; изграждане на системи за търсене на информация - Г. Е. Владуца, Д. Г. Лахути, Е. . Скороходко, В. П. Черенина; научни проблеми на И. - Г. М. Доброва, В. В. Налимова; документални филми - Г. Г. Воробьова, К. Р. Симона,. И. Шамурина; създаване на устройства за извличане на информация и други технически средства - . И. Гутенмахер, В. А. Калмансон, Б. М. Раков и др.. И. е разделена на следните раздели: теория на И. (предмет и методи, съдържание, структура и свойства на научната информация), научна комуникация (неформални и формални процеси, научноинформационна дейност), извличане на информация, разпространение и използване на научна информация, организация и история на научноинформационната дейност. Основните теоретични задачи се състои в разкриване на общите модели на създаване на научна информация, нейното преобразуване, предаване и използване в различни сфери на човешката дейност. И. не изучава и не разработва критерии за оценка на истинността, новостта и полезността на научната информация, както и методи за нейната логическа обработка с цел получаване на нова информация. Приложните задачи на И. са да разработят по-ефективни методи и средства за осъществяване на информационни процеси, да определят оптималната научна комуникация както в рамките на науката, така и между науката и индустрията. За изследване на конкретни проблеми и решаване на приложни проблеми на информационните технологии се използват отделни методи: кибернетика (при формализиране на процесите на научна информационна дейност за тяхната автоматизация, при изграждането на информационни логически машини и др.); математическа теория на информацията (при изучаване на общите свойства на информацията, за осигуряване на нейното оптимално кодиране, дългосрочно съхранение, предаване на разстояние); математическа логика (за формализиране на процесите на логически изводи, разработване на методи за програмиране на информационни алгоритми и др.); семиотика (при изграждане на системи за извличане на информация, съставяне на правила за превод от естествени езици към изкуствени и обратно, разработване на принципи на индексиране, изучаване на трансформации на структурата на текста, които не променят значението му и др.); лингвистика (при разработването на принципите на езиците за автоматичен превод и извличане на информация, индексиране и обобщаване, методи за транскрипция и транслитерация, при съставяне на тезауруси, рационализиране на терминологията); психология (при изучаване на мисловните процеси за създаване и използване на научна информация, естеството на информационните нужди и тяхното формулиране в заявки, при разработване на ефективни методи за четене, системи за машинно информационно обслужване, проектиране на информационни устройства); библиология, библиотекознание, библиография, архивистика (при разработване на оптимални форми на научен документ, подобряване на формалните процеси на научна комуникация, системата от вторични публикации); наука за науката (при изучаване на неформалните процеси на научна комуникация, разработване на организационните принципи на система за информационно обслужване, прогнозиране на развитието на науката, оценка на нейното ниво и темпове, изучаване на различни категории потребители на научна информация); технически науки (за осигуряване на технически средства за процесите на научна и информационна дейност, тяхната механизация и автоматизация). Някои И. методи от своя страна намират приложение в библиотекознанието и библиографията (при съставяне на каталози, указатели и др.). Научната информация отразява обективните закони на природата, обществото и мисленето адекватно на съвременното състояние на науката и се използва в обществено-историческата практика. Тъй като основата на процеса на познание е социалната практика, източник на научна информация са не само научните изследвания, но и всички видове активна дейност на хората за преобразуване на природата и обществото. Научната информация се разделя на видове според областите на нейното получаване и използване (биологична, политическа, техническа, химическа, икономическа и др.), По предназначение (масова и специална и др.). Хипотезите и теориите, които по-късно се оказват погрешни, са научна информация за цялото време, през което систематичното проучване и проверка на техните разпоредби се извършват на практика. Критерият за използване в социално-историческата практика позволява да се разграничи научната информация от добре известни или остарели истини, идеи на научната фантастика и т.н. Съвкупността от процеси на представяне, предаване и получаване на научна информация представлява научна комуникация. Без изключение учени или специалисти винаги участват във всички процеси на научна комуникация. Степента на тяхното участие може да бъде различна и зависи от спецификата на процеса. Правете разлика между "неформални" и "формални" процеси. „Неофициален“ се отнася до онези процеси, които се извършват главно от самите учени или специалисти: пряк диалог между тях относно текущи изследвания или разработки, посещение на лабораторията на техни колеги и научни и технически изложби, говорене пред публика, размяна на писма и препечатки на публикации, подготовка на резултати от изследвания или разработки за публикуване. „Формалните“ включват: редакционни, издателски и печатни процеси; разпространение на научни публикации, включително книгоразпространение, библиотечна и библиографска дейност; процеси на обмен на научна литература; архивиране; всъщност научна и информационна дейност. Всички „формални” процеси, с изключение на последния, не са специфични за научната комуникация и са включени в сферата на масовата комуникация, чиито основни средства са печат, радио, телевизия и др. Повишената сложност на научната работа и Необходимостта от повишаване на нейната ефективност води до нейното по-нататъшно разделяне, което се извършва в различни равнини: върху теоретични и експериментални изследвания, върху научни изследвания, научна информация и научно-организационни дейности. Информационните услуги са предназначени да изпълняват все по-сложни задачи по подбор и обработка на научна информация, които могат да бъдат решени само при едновременно използване на постиженията на информацията и теориите и методите на конкретни клонове на науката. Научно-информационната дейност се състои в събирането, обработката, съхраняването и търсенето на научна информация, фиксирана в документи, както и в предоставянето й на учени и специалисти с цел повишаване на ефективността на научните изследвания и разработки. Тази дейност все повече се извършва от интегрирани информационни системи, базирани на принципа на еднократна изчерпателна обработка на всеки научен документ от висококвалифицирани специалисти, въвеждане на резултатите от тази обработка в машинен комплекс, състоящ се от компютър и фотонаборна машина, и повторното им използване. резултати за решаване на различни информационни проблеми: публикуване на абстрактни списания, бюлетини със сигнална информация, аналитични прегледи, колекции от преводи, за провеждане на селективно разпространение на информация (виж Информационен език), справочна и информационна работа, копиране на документи и други видове информационни услуги. От средата на 40-те години. 20-ти век първите големи списания за I. се появяват в различни страни: Journal of Documentation (L., от 1945 г.); "Tidskrift за документация" (Stockh., от 1945 г.); "Американска документация" (Вашингтон, от 1950 г., от 1970 г. - "Journal of the American Society for Information Science"); "Nachrichten fur Documentation" (Фр./М., от 1950 г.); „Документология“ (Лпз., от 1953 г., от 1969 г. – „Информатик“). От октомври 1961 г. в СССР излиза месечният сборник "Научно-техническа информация", който от 1967 г. излиза в две поредици: "Организация и методи на информационната работа" и "Информационни процеси и системи". От 1963 г. ВИНИТИ започва да издава първо на всеки 2 месеца, а от 1966 г. - месечно реферативно списание "Научно-техническа информация", което от 1970 г. излиза под името "Информатика". От 1967 г. това списание излиза и на английски език. В чужбина се издават следните реферативни списания за И.: във Великобритания - "Library and Information Science Abstracts" (L., от 1969 г.; през 1950-68 г. се нарича "Library Science Abstracts"), в САЩ - "Information Science Резюмета" (Phil. , от 1969 г.; през 1966-68 г. се нарича "Резюмета на документацията"), във Франция - "Bulletin signaletique. Information scientifique et technology” (П., от 1970 г.). От 1964 г. се публикува експресната информация "Теория и практика на научната информация", а от 1965 г. - сборници с преводи на чужди публикации за И. От 1969 г. в Киев излиза периодичният сборник "Наука и информатика". Обучението на научни работници в И. се извършва от 1959 г. чрез висшето училище на ВИНИТИ, обучението на кадри за научна и информационна дейност - от 1963 г. в курсовете за повишаване на квалификацията на водещи инженерно-технически и научни работници (от 1972 г. - Институтът за напреднали изследвания на информационните работници), обучението на млади учени - бъдещи потребители на информация - от 1964 г. в Департамента по научна информация на Московския държавен университет. М. В. Ломоносов, инженери по механизация и автоматизация на информационни процеси - в редица политехнически и машиностроителни институти. В чужбина информационните дисциплини се преподават в университети и висши технически училища. Съществува тенденция за обединяване в една образователна специализация на комплекс от проблеми на И. и компютърните технологии. Лит .: Михайлов А. И., Черни А. И., Гиляревски Р. С., Основи на информатиката, 2-ро изд., М., 1968; тях, Информационни проблеми в съвременната наука, М., 1972; Теоретични проблеми на информатиката. сб. Изкуство, М., 1968; Международен форум по информатика. сб. чл., т. 1-2, М., 1969; Буш В., Както можем да мислим, Atlantic Monthly, 1945 г., юли, стр. 101-108; Годишен преглед на информационните науки и технологии, с. 1-7, N. Y. - a. о., 1966-72; Дембовска М., Документация и научна информация, Варшава, 1968. А. И. Михайлов, А. И. Черни, Р. С. Гиляревски.

М .: ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 768 с.

Енциклопедичният справочен речник съдържа повече от 18 хиляди руски и английски термини, тематично систематизирани в следните основни раздели: I. Основи на информационните технологии; II. Автоматизация на информационни процеси и автоматизирани системи (АС); III. Техническа поддръжка на АС; IV. AS софтуер; V. Мултимедия, хипермедия, виртуална реалност, машинно зрение; VI. Мрежови технологии за обработка и предаване на данни; VII. Компютърен и мрежов жаргон; VIII. Пиктограми, използвани в имейл; IX. Съкращения на думи и изрази, използвани в Интернет.

Речниковите статии са с разширен характер и включват справочни данни за обектите на описание, както и връзки към първични документални източници за по-пълно запознаване с тях за заинтересованите потребители.

Структурата и съдържанието на речника позволяват да се използва за систематично изучаване на материали по тематични раздели и подраздели, които представляват интерес за читателя, за извършване на предварително проучване на решения, свързани с проектирането на разнородни автоматизирани информационни и телекомуникационни системи. , както и да изготвя на негова основа учебно-методически, прегледни, справочни и др. документи.

Речникът е насочен към широк кръг потребители, чиято професионална дейност или интереси са свързани със съвременните информационни технологии.

формат: djvu

Размерът: 7.1Mb

Изтегли: yandex.disk

СЪДЪРЖАНИЕ
Предговор към енциклопедичното издание на речника .............................. 7
Предговор към третото издание на речника, за справочния речник и неговия автор... 9
От автора ................................................. ... .... единадесет
Относно използването на речника.................................................. 13
I. Основи на информационните технологии............................. 15
1.1. Данни, информация, знания, логика ..................................... 15
1.2. Информационни ресурси, теория на информацията, информатика 19
1.3. Носители на информация, документи, документация, публикации...................... 22
1.4. Принципи на структурирано представяне на документи и данни....... 27
1.4.1. Информационни елементи и техните видове .............................. 27
1.4.2. Запис, файл, масив, ключ..................................... 30
1.4.3. Структури, модели на данни и свързани термини 34
1.4.4. Формат, поле за данни и свързани термини ................................. 45
1.5. Информационни технологии ................................................. 49
1.5.1. Общи понятия и термини.................................. 49
1.5.2. Боравене и обработка на документи и данни .................................. 52
1.5.3. Въвеждане на документи и данни в компютър ................................. 58
1.5.4. Извличане на информация ^ общи понятия и термини ............... 63
1.5.5. Индексиране, търсене на изображение на документи и заявки 66
1.6. Сигурност на информационните технологии............................................. 74
1.6.1. Общи понятия и термини.....................................74
1.6.2. Кодиране и декодиране на документи и данни .................. 83
1.6.3. Криптология и свързани с нея понятия 87
II. Автоматизация на информационни процеси и автоматизирани информационни системи 93
2.1. Общи понятия и термини ................................................. 93
2.2. Автоматизация на информационни и библиотечни процеси......................95
2.2.1. Термини, свързани с автоматизацията................................. 95
2.3. Автоматизирани системи.....................................98
2.3.1. Общи понятия и термини................................. 98
2.3.2. Функционално ориентирани автоматизирани системи..... 106
2.4. Езикова и информационна поддръжка на автоматизирани системи 117
2.4.1. Езикова опора ^ общи понятия и термини ......... 117
2.4.2. Езици за извличане на информация и AIS речници....... 119
2.4.3. AIS метаданни и формати 128
2.4.4. Информационно осигуряване на АИС ................................. 147
2.5. Персонал и потребители на автоматизирани системи .............................. 153
2.5.1. Разработчици и персонал на AIS .............................. 153
2.5.2. Потребители на AIS ................................................. 157
2.5.3. Сертифициране на специалисти по АИС ................................. 159
2.6. Процеси на създаване и експлоатация на автоматизирани системи .......... 162
2.6.1. Проектиране на автоматизирани системи................................. 162
2.6.2. Жизнен цикъл на AIS и системна интеграция ................................. 165
III. Техническа поддръжка на автоматизирани системи .......... 169
3.1. Компютри, техните видове и обща класификация 169
3.2. Архитектура, конфигурация, компютърна платформа..................... 175
3.3. Персонални компютри (PC) ................................. 178
3.4. Преносими компютри и самостоятелни цифрови устройства за различни цели... 185
3.4.1. Видове лаптопи..................................................... 185
3.4.2. Устройства за цифрово възпроизвеждане и запис 188
3.5. Системният блок и елементите на неговия дизайн .............................. 191
3.5.1. Процесори, техните видове и свързаните с тях термини....................... 192
3.5.2. Компютърна памет ^ понятия и термини .......................... 202
3.5.3. Функционални устройства на паметта на компютъра ........................ 208
3.5.4. Адаптери, интерфейси и свързани с тях термини 216
3.5.5. Платки, портове, шини, слотове ..................................... 224
3.6. Периферни (външни) компютърни устройства .............................. 233
3.6.1. Външна компютърна памет, устройства и свързани термини ..... 233
3.6.2. Компактдискове и сродни термини................................. 251
3.6.3. Устройства за въвеждане на данни, манипулатори ............................. 260
3.6.4. Изходни устройства................................................. 271
3.6.5. Модеми, енкодери, захранвания..................... 286
3.7. PC карти ................................................. ............... .. 289
3.8. Микроелектронна компютърна база ................................. 294
3.9. Оптоелектронни устройства................................. 299
IV. Софтуер за автоматизирани системи .......... 303
4.1. Алгоритми, програми, програмиране................................. 303
4.1.1. Общи понятия и термини 303
4.1.2. Езици за програмиране................................. 307
4.1.3. Термини, свързани с програмирането............................. 319
4.2. Общ софтуер................................. 327
4.2.1. Операционни системи.....................................328
4.2.2. Общи софтуерни сервизни инструменти 338
4.3. Приложен софтуер за автоматизирани системи.......339
4.3.1. Общи понятия и термини.................................. 339
4.3.2. Приложни програми................................. 342
4.3.3. Компютърни вируси и антивируси ........................ 346
4.4. Термини, свързани с работата на софтуерни инструменти 350
4.4.1. Някои общи понятия и термини ........................350
4.4.2. Архивиране, компресиране-възстановяване на записи на данни 352
4.4.3. Достъп, адрес и свързани термини ............................. 364
V. Мултимедия, хипермедия, виртуална реалност, машинно зрение. 372
5.1. Мултимедийни системи и свързани термини. ................. 372
5.2. Средства за осигуряване на музикален и речеви съпровод .......... 375
5.2.1. Общи понятия и термини.................................. 375
5.2.2. Звукови файлове, техните стандарти и формати ................................. 380
5.3. Машинна (компютърна) графика ........................ 389
5.3.1. Общи понятия и термини.................................. 389
5.3.2. Графични файлове и техните формати................................. 392
5.3.3. Технология на компютърната графика................................. 400
5.4. Компютърно видео, цифрова телевизия и анимация .............................. 408
5.4.1. Общи понятия и термини.................................. 408
5.4.2. Видео технология ............................................ 412
5.4.3. Технология на анимацията................................. 416
5.4.4. Цифрова телевизия 420
5.5. Виртуална реалност, паралелни светове. 424
5.6. Компютърно зрение................................................. 427
VI. Мрежови технологии. Средства за обработка и предаване на информация 430
6.1. Общи понятия и термини ................................. 430
6.2. Локални мрежи................................................. 433
6.3. Разпределени изчислителни мрежи ................................. 441
6.3.1. Общи понятия и термини................................. 441
6.3.2. Интранет 450
6.3.3. ETHERNET ................................. 455
6.4. Глобални компютърни мрежи, Интернет ........................ 471
6.4.1. Общи понятия и термини................................. 471
6.4.2. Уеб технологии................................................. 482
6.4.3. Технологии за пренос на данни по интернет канали .................. 489
6.4.4. Услуги и сервизни инструменти в Интернет................................. 499
6.4.5. Интегрирани цифрови мрежови услуги - ISDN .............................. 518
6.4.6. Клетъчна комуникация и компютърна телефония ................................ 520
6.4.7. Телекомуникационно оборудване на сгради ................................. 526
6.4.8. Разработване на технически средства и комплекси, базирани на използването на телекомуникационни технологии 532
6.4.9. Субекти на правоотношенията в Интернет .............................. 533
6.5. Средства и технологии за защита на компютърни мрежи.................................. 536
6.6. Основни стандарти за мрежи за данни. ....................... 541
6.6.1. ISO стандарти ............................................. 541
6.6.2. Стандарти IEEE ................................. 543
6.6.3. ITU-T стандарти ................................................. 554
6.6.4. Други стандарти и протоколи ............................ 560
VII. Компютърен и мрежов жаргон .............................. 565
VIII. Икони за електронна поща и символи за емотикони ............. 592
IX. Съкращения на думи и изрази, използвани в интернет ...... 594
Литература ................................................. 597
Английски азбучен указател ............................................. 644
Руски азбучен указател ............................................. ... 708