Формы представления информации
2
1
© Fokejew O.O.1.1. Информатика как наука и как вид практической деятельности. Место информатики в системе наук. Информация и её виды. Непрерывная и дискретная формы представления информации. Информационные процессы
Информатика как наука и как вид практической деятельности.
Информатика — это наука и сфера практической деятельности, связанная с различными аспектами получения, хранения, обработки, передачи и использования информации.
«Понятие информатики охватывает области, связанные с разработкой, созданием, использованием и материально-техническим обслуживанием систем обработки информации, включая машины, оборудование, организационные аспекты, а также комплекс промышленного, коммерческого, административного и социального воздействия» — так было сформулировано в 1978 г. Международным конгрессом по информатике.
С современной точки зрения понятие «информатика» шире, чем используемое в англоязычных странах Computer Science поскольку включает как прикладную часть («компьютерные науки»), так и теоретическую, связанную с отмеченными выше аспектами действий с информацией.
Информатика включает в себя следующие основные разделы: теоретическая информатика, вычислительная техника, программирование, информационные системы, искусственный интеллект. Она является конгломератом наук, объединенных общим объектом исследования.
Научное ядро информатики относят к фундаментальным наукам, поскольку ее основные понятия носят общенаучный характер, используются во многих других науках и видах деятельности.
Информатика имеет существенные социальные аспекты. Как говорилось выше «информатика включает … комплекс промышленного, коммерческого, административного и социального воздействия». Информатизация, т.е. процесс проникновения информационных технологий во все сферы жизни и деятельности общества, сильно влияет на социальную сферу. В настоящее время в общественном устройстве развитых стран появились черты информационного общества, во все сферы жизни и деятельности членов которого включены средства информатики в качестве орудий интеллектуального труда, переработки любой информации, моделирования реальных и прогнозируемых событий, управления производством, обучения и т.д.
Под влиянием информатизации радикально меняется структура труда, совершается переток людей из сферы прямого материального производства в, так называемую, информационную сферу. Промышленные рабочие и крестьяне, составлявшие в середине XX века более 2/3 населения, сегодня в развитых странах составляют менее 1/3. К середине 90-х годов численность «информационных работников» (к которым причисляют всех, в чьей профессиональной деятельности доминирует умственный труд), достигла в США 60%. Добавим, что за те же годы производительность труда в США за счет научно-технического прогресса (ведь информатизация — его главная движущая сила) в целом выросла на 37%.
Информатизация сильнейшим образом влияет на структуру экономики ведущих в экономическом отношении стран. В числе их лидирующих отраслей промышленности традиционные добывающие и обрабатывающие отрасли оттеснены максимально наукоемкими производствами электроники, средств связи и вычислительной техники — так называемой сферой высоких технологий. Темпы развития сферы высоких технологий и уровень прибылей в ней превышают в 5-10 раз темпы развития традиционных отраслей производства.
Существуют и отрицательные социальные последствия информатизации общества (по крайней мере, при оценке с традиционных позиций): более быстрое высвобождение рабочей силы чем это может освоить общество, повышенная социальная напряженность из-за роста интеллектуальной конкуренции, усиление контроля со стороны государства за каждым членом общества в демократических странах и т.д.
Правовые аспекты информатики связаны с тем, что деятельность программистов и других специалистов, работающих в сфере информатики, все чаще выступает в качестве объекта правового регулирования. Некоторые действия при этом могут быть квалифицированы как правонарушения (преступления). Регулированию подлежат вопросы собственности на информацию, охрана авторских прав на компьютерные программы и базы данных, гарантии сохранения конфиденциальности и секретности определенных видов информации и многое другое. Информатизация социальной сферы, распространение информационных сетей породили как новые виды преступности, так и многочисленные правовые проблемы, правовое регулирование многих из которых далеко от завершения.
Различают две формы представления информации — непрерывную и дискретную. Поскольку носителями информации являются сигналы, то в качестве последних могут использоваться физические процессы различной природы. Например, процесс протекания электрического тока в цепи, процесс механического перемещения тела, процесс распространения света и т.д. Информации представляется (отражается) значением одного или нескольких параметров физического процесса (сигнала) либо комбинацией нескольких параметров.
Сигнал называется непрерывным, если его параметр в заданных пределах может принимать любые промежуточные значения.
Сигнал называется дискретным, если его параметр в заданных пределах может принимать отдельные фиксированные значения.
Следует различать непрерывность или дискретность сигнала по уровню и во времени.
непрерывный по уровню и во времени сигнал X НН
дискретный по уровню и непрерывный по времени сигнал X ДН
непрерывный по уровню и дискретный по времени сигнал X НД
дискретный
по уровню и во времени X ДД
Все многообразие окружающей нас информации можно сгруппировать по различным признаком. Например, в зависимости от области возникновения информацию, отражающую процессы и явления неодушевленной природы, называют элементарной, процессы животного и растительного мира — биологической, человеческого общества — социальной.
По способу передачи и восприятия различают следующие виды информации: визуальную — передаваемую видимыми образами и символами, аудиальную — звуками, тактильную — ощущениями, органолентическую — запахами и вкусом, машинно-выдаваемую и воспринимаемую средствами вычислительной техники, и т.д.»
1.2. Единиц измерения информации. Количество информации по Шеннону и Хартли. Энтропия как мера степени неопределённости. Энтропия сложных событий. Условная энтропия.
Единицы измерения информации.
Для измерения длины, массы, времени, силы тока и т.д. придуманы приборы и процедуры измерения. Чтобы узнать длину стержня, достаточно приложить к нему линейку с делениями, силу тока можно измерить амперметром. А как узнать количество информации в некотором сообщении, в каких единицах эту информацию измерять? Для двоичных сообщений в качестве такой числовой меры используется количество бит в сообщении. Это количество называют информационным объемом сообщения. Например, сообщение «МИРУ МИР» имеет информационный объем 8 байт (64 бит).
Биты и байты используются также для измерения «емкости», размера памяти и для измерения скорости передачи двоичных сообщений. Скорость передачи измеряется количеством передаваемых бит в секунду (например, 19200 бит/с).
Наряду с битами и байтами для измерения количества информации в двоичных сообщениях используются и более крупные единицы (более удобные для измерения больших объемов информации):1 Кбит (один килобит) = 210 =1024 бит (прибл. 1 тыс. бит)
1 Мбит (один мегабит) = 220 =1048576 бит (прибл. 1 млн. бит)
1 Гбит (один гигабит) = 230 =(прибл.)109 бит (миллиард бит) или
1 Кбайт(один килобайт) = 210 =1024 байт (прибл. 1 тыс. байт)
1 Мбайт(один мегабайт) = 220 =1048576 байт
1 Гбайт(один гигабайт) = 230 =1 073 741 824 байта
1 Терабайт = 240 =1024 гигабайта или 1 099 511 627 776 байт
1 Петабайт = 250 =1024 терабайта или 1 125 899 906 842 624 байта
1
Экзобайт
= 2
1 Зеттабайт = 270 =1024 экзобайта или 1 180 591 620 717 411 303 424 байта
1 Йоттабайт = 280 =1024 зеттабайта или 1 208 925 819 614 629 174 706 176 б
К единицам измерения многих физических величин мы привыкли, и нам не нужно пояснять, что такое 1 миллиметр или 10 километров. А бит, байт, килобайт, мегабайт, гигабайт — много это или мало?
Например, в учебнике на страницу помещается чуть меньше 50 строк, в каждой строке — примерно 60 символов. Таким образом, полностью заполненная текстом страница учебника имеет информационный объем около 3000 байт (3 Кбайт). Если считать, что в учебнике около 200 страниц, то получаем информационный объем учебника равный около 600 Кбайт или 0,6 Мбайт. Если человек говорит по 8 часов в день без перерыва, то за 70 лет жизни он наговорит около 10 Гбайт информации (это 5 млн. страниц — стопка бумаги высотой 500 м.)
Один черно-белый телевизионный кадр (при 32 градациях яркости каждой точки) содержит примерно 300 Кбайт информации. Цветной кадр, образованный из трех кадров основных цветов (красный, синий, зеленый), содержит уже около Мбайта информации. А 1,5-часовой цветной телевизионный художественный фильм (при частоте 25 кадров в секунду) — 135 Гбайт.
Если на условной шкале изобразить бит примерно одним миллиметром (точнее, 1.25 мм), то байт в этом масштабе будет представлен сантиметром, килобайт — десятиметровым отрезком, мегабайт — десятикилометровым отрезком, ну а гигабайт вытянется в 10 000 километров — это расстояние от Москвы до Владивостока. Как видите, диапазон, который охватывают единицы измерения информации, очень велик.
studfiles.net
Понятие информации формы её представления
Различные определения информации.
Информация – это содержание сигналов, поступающих в кибернетическую систему из окружающей среды, которое может быть (раньше или позже) использовано системой для целей управления.
Информация – не материя, а свойство организованной материи (нет такого свойства как масса, она не подчиняется законам сохранения массы и энергии). Сама информация не является материальной категорией.
Формы представления.
Информация о каких-либо событиях и состоянии материальных объектов и, соответственно, сигналы, в которых содержится эта информация, могут быть представлены в непрерывной (аналоговой) и дискретной форме.
Канал связи.
Канал связи (channel, data line) — система технических средств и среда распространения сигналов для передачи сообщений (не только данных) от источника к получателю (и наоборот). Канал связи, понимаемый в узком смысле (тракт связи), представляет только физическую среду распространения сигналов, например, физическую линию связи.
Используют следующие характеристики канала
Эффективно передаваемая полоса частот ;
Динамический диапазон
Волновое сопротивление;
Пропускная способность; Помехозащищённость ; Объём .
Помехозащищённость
Помехозащищённость — минимальное отношение
сигнал/шум;
Объём канала
Объём канала определяется по формуле:,
где — время, в течение которого канал занят передаваемым сигналом;
Для передачи сигнала по каналу без искажений объём канала должен быть больше либо равен объёму сигнала. Простейший случай вписывания объёма сигнала в объём
канала — это достижение выполнения неравенств . Тем
не менее, может выполняться и в других случаях, что даёт возможность добиться требуемых характеристик канала изменением других параметров. Например, с уменьшением диапазона частот можно увеличить полосу пропускания.
Теорема Котельникова.
Теорема о выборках утверждает, что для точной дискретизации ее частота должна быть не менее чем в два разы выше наибольшей частоты гармоники, входящей в дискретизируемую величину.
Примером использования этой теоремы являются лазерные компакт-диски, звуковая информация на которых хранится в цифровой форме.
Информация — нематериальная сущность, при помощи которой с любой точностью можно описывать реальные (материальные), виртуальные (возможные) и понятийные сущности. Информация — противоположность неопределенности. Канал связи — это среда передачи информации, которая характеризуется в первую очередь максимально возможной для нее скоростью передачи данных (емкостью канала связи).
Информация может быть двух видов: дискретная (цифровая) и непрерывная (аналоговая). Дискретная информация характеризуется последовательными точными значениями некоторой величины, а непрерывная — непрерывным процессом изменения некоторой величины. Непрерывную информацию может, например, выдавать датчик атмосферного давления или датчик скорости автомашины. Дискретную информацию можно получить от любого цифрового индикатора: электронных часов, счетчика магнитофона и т.п.
studfiles.net
1.2. Формы существования информации.
Согласно структурному подходу информация всегда существует в материально энергетической форме. В качестве её носителей могут выступать:
твердые носители – рисунки, графики, скульптуры, рельефы (грампластинки, книги для слепых) и т.д;
волны – колебания твердых объектов, звуковые волны, световые волны, радиоволны;
электричество – электрические и нервные импульсы;
магнитные носители – магнитные диски, ленты;
химические носители – запах, вкус;
биологические носители – хромосомы, ДНК, РНК;
движения – жесты, мимика.
Информационное сообщение передается от источника к приемнику посредствам некоторой материальной среды (носителя). Для этого сообщение должно быть представлено в форме удобной для передачи (закодировано). Например, при передаче электронного сообщения вы видите на экране буквы, но компьютер отправляет и получает машинный код в виде нулей и единиц. Процесс преобразования закодированного сообщения в исходное состояние называется декодированием. Компьютер, отправляющий сообщение, кодирует информацию, получающий – декодирует. В процессе передачи на канал связи может воздействовать внешняя среда, вызывая помехи и создавая шум, в результате чего информация может быть изменена или полностью потеряна.
Рис. 2. Система передачи информации
1.3. Свойства информации
Все свойства информации можно разделить на три типа:
атрибутивные;
прагматические;
динамические.
Атрибутивные свойства информации объективны, т.е. не зависят от человека, его воли и желаний и отражают ее языковую природу и связанность с материальным носителем. К атрибутивным свойствам относят дискретность, непрерывность, избыточность, и рассеяние.
Дискретность – свойство передаваться, храниться и использоваться по частям;
Непрерывность – свойство информации развиваться и накапливаться в структуре материальных носителей;
Избыточность информации – свойство многократно дублироваться в структуре материальных носителей;
Рассеяние – свойство, способствующее хаотичному, неконтролируемому распространению информации во времени и пространстве, вследствие чего затрудняется ее использование. Данное свойство отражает стремление информации расширять сферу своего влияния.
Прагматические свойства информации – характеризуют степень полезности информации для пользователя, потребителя и практики.
Смысла и новизна –прагматические свойства информации проявляются в процессе использования информации. В первую очередь к данной категории свойств отнесем наличие смысла и новизны информации, которое характеризует перемещение информации в социальных коммуникациях и выделяет ту ее часть, которая нова для потребителя.
Полезность – свойство информации, показывающее в какой степени она снимает неопределенность в интересующей человека области.
Ценность – свойство информации отражающее важность информации для конкретного пользователя.
Динамические свойства информации характеризуют изменение информации во времени.
Рост информации – способность к многократному повторению и распространению. Причем язык копии или ее носитель может отличаться от языка или типа носителя оригинала. Это свойство информации реализуется в процессах копирования, передачи, переводе с одного языка на другой и переносе на другие носители.
Старение – свойство информации связанное с потерей ценности с течением времени. Старение может быть физическим – износ носителя и моральным – потеря актуальности информации.
studfiles.net
ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ.
Стр 1 из 3Следующая ⇒
ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ.
Содержание лекции:
1. Формы представления информации.
2 .Системы счисления. Перевод чисел из одной системы в другую
Арифметические действия в системах счисления.
3. Способы записи информации в компьютерной технике Кодировка символов
Цель лекции:
— изучить основные структуры информационного процесса; способы представления числовой и символьной информации;
Формы представления информации.
Строгое определение информации отсутствует.
Информация — это сведения об окружающем мире (объекте, процессе, явлении, событии), которые являются объектом преобразования (включая хранение, передачу и т.д.) и используются для выработки поведения, для принятия решения, для управления или для обучения.
Характерными чертами информации являются следующие:
1. Это наиболее важный ресурс современного производства: он снижает потребность в земле, труде, капитале, уменьшает расход сырья и энергии.
2. Вызывает к жизни новые производства.
3. Является товаром, причем продавец информации ее не теряет после продажи.
4. Придает дополнительную ценность другим ресурсам, в частности, трудовым. Действительно, работник с высшим образованием ценится больше, чем со средним.
5. Информация может накапливаться.
Как следует из определения, с информацией всегда связывают три понятия (их взаимосвязь показана на рис. 2.1):
· источник информации— тот элемент окружающего мира, сведения о котором являются объектом преобразования;
· потребитель информации — тот элемент окружающего мира, который использует информацию;
· сигнал — материальный носитель, который фиксирует информацию для переноса ее от источника к потребителю.
Так, источником информации, которую в данный момент получает студент, является информатика как сфера человеческой деятельности; потребителем — сам студент, а сигналом — бумага с текстом (в этом случае говорят, что информация имеет бумажный носитель). Будучи прочитанной и запомненной студентом, данная информация приобретет еще один носитель — биологический, когда она «записывается» в память обучаемого. Очевидно, что источник и потребитель в этом случае не меняются.
Рис. 2.1. Схема взаимосвязи основных понятий информации
Основные формы представления информации:
символьная (основана на использовании различных символов),
текстовая (текст — это символы, расположенные в определенном порядке),
графическая (различные виды изображений), звуковая.
Данныминазывается информация, представленная в удобном для обработки виде. Информацияже представляет собой обработанные данные.
Свойства информации:
Объективность и субъективность информации – более объективной принято считать ту информацию, в которую методы вносят меньший субъективный элемент.
Полнота информации – полнота информации во многом характеризует качество информации и определяет достаточность данных для принятия решений.
Достоверность информации – если полезный сигнал зарегистрирован более чётко, чем посторонние сигналы (информационный шум), достоверность информации более высокая.
Адекватность информации – это степень соответствия реальному объективному состоянию дела.
Доступность информации – мера возможности получить ту или иную информацию.
Актуальность информации – это степень соответствия информации текущему моменту времени.
Правила вычитания
Пример 18. Вычесть из двоичного числа 1012 двоичное число 112.
Запишем алгебраические слагаемые в столбик в порядке «уменьшаемое — вычитаемое» и пронумеруем разряды, присвоив младшему разряду номер 1:
номера разрядов:
3 2 1
— 1 0 1
1 1
Процесс образования результата по разрядам описан ниже:
a. разряд 1 формируется следующим образом: 1 — 1 = 0;
b. разряд 2 формируется следующим образом: поскольку 0 меньше 1 и непосредственное вычитание невозможно, занимаем для уменьшаемого единицу в старшем разряде 3. Тогда разряд 2 рассчитывается как 10 — 1 = 1;
c. третий разряд формируется следующим образом: поскольку единица была занята в предыдущем шаге, в разряде остался 0.
Таким образом:
1 0 1
— 1 1
1 0
Проверим результат. Для этого определим полные значения слагаемых и результата. По таблице имеем::
1012 = 5;
112 = 3;
102 = 2.
Поскольку 5 — 3 = 2, вычитание выполнено верно.
Пример 19. Вычесть из шестнадцатеричного числа 9716 шестнадцатеричное число 7В16.
Запишем алгебраические слагаемые в столбик в порядке «уменьшаемое — вычитаемое» и пронумеруем разряды, присвоив младшему разряду номер 1:
номера разрядов:
2 1
— 9 7
7 В
Процесс образования результата по разрядам описан ниже:
a. разряд 1 формируется следующим образом: поскольку 7 меньше В и непосредственное вычитание невозможно, занимаем для уменьшаемого единицу в старшем разряде 2. Тогда 1716 — В16 = 23 — 11 = 12 = С16;
b. разряд 2 формируется следующим образом: поскольку единица была занята в предыдущем шаге, разряд 2 уменьшаемого стал равным 816. Тогда разряд 2 рассчитывается как 8166 — 716 = 116.
Таким образом:
9 7
— 7 В
1 С
Для проверки результата используем данные из примера 3.17.
Таким образом, вычитание выполнено верно.
Правила умножения
Выполняя умножение многозначных чисел в различных позиционных системах счисления, можно использовать обычный алгоритм перемножения чисел в столбик, но при этом результаты перемножения и сложения однозначных чисел необходимо брать из соответствующих таблиц умножения и сложения.
Умножение в двоичной системе
Умножение в восьмеричной системе
Умножение в шестнадцатеричной системе
| Х | A | B | C | D | E | F | ||||||||||
| A | B | C | D | E | F | |||||||||||
| A | C | E | 1A | 1C | 1E | |||||||||||
| C | F | 1B | 1E | 2A | 2D | |||||||||||
| C | 1C | 2C | 3C | |||||||||||||
| A | F | 1E | 2D | 3C | 4B | |||||||||||
| C | 1E | 2A | 3C | 4E | 5A | |||||||||||
| E | 1C | 2A | 3F | 4D | 5B | |||||||||||
| 1B | 2D | 3F | 5A | 6C | 7E | |||||||||||
| A | A | 1E | 3C | 5A | 6E | 8C | ||||||||||
| B | B | 2C | 4D | 6E | 8F | 9A | A5 | |||||||||
| C | C | 3C | 6C | 9C | A8 | B4 | ||||||||||
| D | D | 1A | 4E | 5B | 8F | 9C | A9 | B6 | C3 | |||||||
| E | E | 1C | 2A | 7E | 8C | 9A | A8 | B6 | C4 | D2 | ||||||
| F | F | 1E | 2D | 3C | 4B | 5A | A5 | B4 | C3 | D2 | E1 |
Пример 20. Умножить двоичное число 1012 на двоичное число 112.
Запишем множители в столбик и пронумеруем разряды, присвоив младшему разряду номер 1:
номера разрядов:
3 2 1
* 1 0 1
1 1
Процесс образования результата по шагам умножения множимого на каждый разряд множителя с последующим сложением показан ниже:
a. умножение множимого на разряд 1 множителя дает результат: 1012 * 12 = 1012;
b. умножение множимого на разряд 2 множителя дает результат: 1012 * 102 = 10102. Здесь значение разряда 2 множителя сформировано по принципам формирования значения числа в позиционных системах счисления;
c. для получения окончательного результата складываем результаты предыдущих шагов: 1012 + 10102 = 11112.
Для проверки результата найдем полное значение сомножителей и произведения (см. таблицу):
1012 = 5;
112 = 3;
11112 = 15.
Поскольку 5 * 3 = 15, умножение выполнено верно: 1012 * 112 = 11112.
Пример 21. Умножить шестнадцатеричное число 1С16 на шестнадцатеричное число 7В16.
Запишем множители в столбик и пронумеруем разряды, присвоив младшему разряду номер 1:
номера разрядов:
2 1
* 1 С
7 В
Процесс образования результата по шагам умножения множимого на каждый разряд множителя с последующим сложением показан ниже (в процессе умножения выполняем перевод шестнадцатеричных чисел в десятичные и обратно):
a. умножение множимого на разряд 1 множителя дает результат: 1С16 * В16 = 28 * 11 = 308 = 13416;
b. умножение множимого на разряд 2 множителя дает результат: 1С16 * 716 = 28 * 112 = 3136 = С4016. Здесь значение разряда 2 множителя сформировано по принципам формирования значения числа в позиционных системах счисления;
c. для получения окончательного результата складываем результаты предыдущих шагов: 13416 + С4016 = D7416.
Для проверки результата найдем полное значение сомножителей и произведения, воспользовавшись результатами примера 17 и правилами формирования полного значения числа:
1С16 = 28;
7В16 = 123;
D7416 = 13*162 + 7*161 + 4*160 = 3444.
Поскольку 28 * 123 = 3444, умножение выполнено верно: 1С16 * 7В16 = D7416.
Правила деления
Рассмотрим правила деления только для двоичных чисел, поскольку деление шестнадцатеричных чисел проще выполнять, переведя их предварительно в десятичную систему счисления.
Пример 22. Разделить двоичное число 11112 на двоичное число 112.
Решение задачи представим схемой:
Для проверки правильности результата воспользуемся данными из примера 20. Они показывают, что деление выполнено верно: 11112 / 112 = 1012.
Прямой код числа.
Представление числа в привычной форме «знак»-«величина», при которой старший разряд ячейки отводится под знак, а остальные — под запись числа в двоичной системе, называется прямым кодом двоичного числа. Например, прямой код двоичных чисел 1001 и -1001 для 8-разрядной ячейки равен 00001001 и 10001001 соответственно.
Положительные числа в ЭВМ всегда представляются с помощью прямого кода. Прямой код числа полностью совпадает с записью самого числа в ячейке машины. Прямой код отрицательного числа отличается от прямого кода соответствующего положительного числа лишь содержимым знакового разряда. Но отрицательные целые числа не представляются в ЭВМ с помощью прямого кода, для их представления используется так называемый дополнительный код.
Дополнительный код числа.
Дополнительный код положительного числа равен прямому коду этого числа. Дополнительный код отрицательного числа m равен 2k-|m|, где k — количество разрядов в ячейке.
Как уже было сказано, при представлении неотрицательных чисел в беззнаковом формате все разряды ячейки отводятся под само число. Например, запись числа 243=11110011 в одном байте при беззнаковом представлении будет выглядеть следующим образом:
При представлении целых чисел со знаком старший (левый) разряд отводится под знак числа, и под собственно число остаётся на один разряд меньше. Поэтому, если приведённое выше состояние ячейки рассматривать как запись целого числа со знаком, то для компьютера в этой ячейке записано число -13 (243+13=256=28).
Но если это же отрицательное число записать в ячейку из 16-ти разрядов, то содержимое ячейки будет следующим:
Знаковый разряд
Возникает вопрос: с какой целью отрицательные числа записываются в виде дополнительного кода и как получить дополнительный код отрицательного числа?
Дополнительный код используется для упрощения выполнения арифметических операций. Если бы вычислительная машина работала с прямыми кодами положительных и отрицательных чисел, то при выполнении арифметических операций следовало бы выполнять ряд дополнительных действий. Например, при сложении нужно было бы проверять знаки обоих операндов и определять знак результата. Если знаки одинаковые, то вычисляется сумма операндов и ей присваивается тот же знак. Если знаки разные, то из большего по абсолютной величине числа вычитается меньшее и результату присваивается знак большего числа. То есть при таком представлении чисел (в виде только прямого кода) операция сложения реализуется через достаточно сложный алгоритм. Если же отрицательные числа представлять в виде дополнительного кода, то операция сложения, в том числе и разного знака, сводится к их поразрядному сложению.
Для компьютерного представления целых чисел обычно используется один, два или четыре байта, то есть ячейка памяти будет состоять из восьми, шестнадцати или тридцати двух разрядов соответственно.
Представление видео.
В последнее время компьютер все чаще используется для работы с видеоинформацией. Простейшей, с позволения сказать, работой является просмотр кинофильмов и видеоклипов, а также (куда компьютерным пользователям без них!) многочисленные видеоигры. Более правомерно данным термином называть создание и редактирование такой информации с помощью компьютера.
Что представляет собой фильм с точки зрения информатики? Прежде всего, это сочетание звуковой и графической информации. Кроме того, для создания на экране эффекта движения используется технология быстрой смены статических картинок. Исследования показали, что если за одну секунду сменяется более 10-12 кадров, то человеческий глаз воспринимает изменения на них как непрерывные. В любительской киносъемке использовалась частота 16 кадров/сек., в профессиональной — 24.
Традиционный кадр на кинопленке «докомпьютерной» эпохи выглядел так, как показано на рис.1. Основную его часть, разумеется, занимает видеоизображение, а справа сбоку отчетливо видны колебания на звуковой дорожке. Имеющаяся по обоим краям пленки периодическая система отверстий (перфорация) служит для механической протяжки ленты в киноаппарате с помощью специального механизма.
Рис.1
Казалось бы, если проблемы кодирования статической графики и звука решены, то сохранить видеоизображение уже не составит труда. Но это только на первый взгляд, поскольку, как показывает разобранный выше пример, при использовании традиционных методов сохранения информации электронная версия фильма получится слишком большой. Достаточно очевидное усовершенствование состоит в том, чтобы первый кадр запомнить целиком (в литературе его принято называть ключевым), а в следующих сохранять лишь отличия от начального кадра (разностные кадры).
Принцип формирования разностного кадра поясняется рис.2, где продемонстрировано небольшое горизонтальное смещение прямоугольного объекта. Отчетливо видно, что при этом на всей площади кадра изменились всего 2 небольшие зоны: первая сзади объекта возвратилась к цвету фона, а на второй — перед ним, фон перекрасился в цвет объекта. Для разноцветных предметов произвольной формы эффект сохранится, хотя изобразить его будет заметно труднее.
Рис.2
Конечно, в фильме существует много ситуаций, связанных со сменой действия, когда первый кадр новой сцены настолько отличается от предыдущего, что его проще сделать ключевым, чем разностным. Может показаться, что в компьютерном фильме будет столько ключевых кадров, сколько новых ракурсов камеры. Тем не менее, их гораздо больше. Регулярное расположение подобных кадров в потоке позволяет пользователю оперативно начинать просмотр с любого места фильма: «если пользователь решил начать просмотр фильма с середины, вряд ли он захочет ждать, пока программа распаковки вычислит все разности с самого начала» Кроме того, указанная профилактическая мера позволяет эффективно восстановить изображение при любых сбоях или при «потере темпа» и пропуске отдельных кадров на медленных компьютерных системах.
Заметим, что в современных методах сохранения движущихся видеоизображений используются и другие типы кадров.
Существует множество различных форматов представления видеоданных. В среде Windows, например, уже более 10 лет (начиная с версии 3.1) применяется формат Video for Windows, базирующийся на универсальных файлах с расширением AVI (Audio Video Interleave — чередование аудио и видео). Суть AVI файлов состоит в хранении структур произвольных мультимедийных данных, каждая из которых имеет простой вид, изображенный на рис.3. Файл как таковой представляет собой единый блок, причем в него, как и в любой другой, могут быть вложены новые блоки. Заметим, что идентификатор блока определяет тип информации, которая хранится в блоке.
Рис.3
Внутри описанного выше своеобразного контейнера информации (блока) могут храниться абсолютно произвольные данные, в том числе, например, блоки, сжатые разными методами. Таким образом, все AVI-файлы только внешне выглядят одинаково, а внутри могут различаться очень существенно.
Еще более универсальным является мультимедийный формат Quick Time, первоначально возникший на компьютерах Apple. По сравнению с описанным выше, он позволяет хранить независимые фрагменты данных, причем даже не имеющие общей временной синхронизации, как этого требует AVI. В результате в одном файле может, например, храниться песня, текст с ее словами, нотная запись в MIDI-формате, способная управлять синтезатором, и т.п. Мощной особенностью Quick Time является возможность формировать изображение на новой дорожке путем ссылок на кадры, имеющиеся на других дорожках. Полученная таким способом дорожка оказывается несоизмеримо меньше, чем если бы на нее были скопированы требуемые кадры. Благодаря описанной возможности файл подобного типа легко может содержать не только полную высококачественную версию видеофильма, но и специальным образом «упрощенную» копию для медленных компьютеров, а также рекламный ролик, представляющий собой «выжимку» из полной версии. И все это без особого увеличения объема по сравнению с полной копией.
Все большее распространение в последнее время получают системы сжатия видеоизображений, допускающие некоторые незаметные для глаза искажения изображения с целью повышения степени сжатия. Наиболее известным стандартом подобного класса служит MPEG (Motion Picture Expert Group), который разработан и постоянно развивается созданным в 1988 году Комитетом (группой экспертов) международной организации ISO/IEC (International Standards Organization/International Electrotechnical Commission) по стандартам высококачественного сжатия движущихся изображений. Методы, применяемые в MPEG, непросты для понимания и опираются на достаточно сложную математику. Укажем лишь наиболее общие приемы, за счет которых достигается сжатие. Прежде всего, обрабатываемый сигнал из RGB-представления с равноправными компонентами преобразуется в яркость и две «координаты» цветности. Как показывают эксперименты, цветовые компоненты менее важны для восприятия и их можно проредить вдвое. Кроме того, производится специальные математические преобразования (DCT — дискретно-косинусное преобразование), несколько загрубляющее изображение в мелких деталях. Опять таки из экспериментов следует, что на субъективном восприятии изображение это практически не сказывается. Наконец, специальными методами (в том числе и методом, изображенным на рис.2) ликвидируется сильная избыточность информации, связанная со слабыми отличиями между соседними кадрами. Полученные в результате всех описанных процедур данные дополнительно сжимаются общепринятыми методами, подобно тому, как это делается при архивации файлов.
В последнее время все большее распространение получает технология под названием DivX (происходит от сокращения слов Digital Video Express, обозначающих название видеосистемы, которая «прославилась» неудачной попыткой взимать небольшую оплату за каждый просмотр видеодиска; к собственно технологии DivX это никакого отношения не имело). Благодаря DivX удалось достигнуть степени сжатия, позволившей вмесить качественную запись полнометражного фильма на один компакт-диск — сжать 4,7 Гб DVD-фильма до 650 Мб. И хотя это достижение, к сожалению, чаще всего используется для пиратского копирования, сам по себе этот факт не умаляет достоинств новой технологии. Как и то, что самая первая версия сжатия DivX была сработана французскими хакерами из MPEG-4 — современные версии DivX уже не имеют к этому событию никакого отношения.
Наиболее популярные программы проигрывания видеофайлов позволяют использовать замещаемые подсистемы сжатия и восстановления видеоданных — кодеки (от англ. compression/decompression — codec, сравните с образованием термина «модем»).
Такой подход позволяет легко адаптировать новые технологии, как только те становятся доступными. Замещаемые кодеки хороши как для пользователей, так и для разработчиков программного обеспечения. Тем не менее, большое разнообразие кодеков создает определенные трудности для производителей видеопродукции. Часто в качестве выхода из создавшегося положения необходимые кодеки помещают на компакт-диск с фильмами или даже поставляют видеоматериалы в нескольких вариантах, предоставляя тем самым возможность выбрать подходящий. Все больше распространяется автоматизация распознавания, когда плейер, обнаружив информацию об отсутствующем кодеке, загружает его из Интернет.
Литература
Основная:
1. Макарова Н. В., Матвеев Л. А., Бройдо В. Л. и др. Информатика / Подред. Макаровой Н. В. М., 2003.
2. Информатика / Под ред. С. В. Симоновича. – СПб., 2004.
3. Моисеев А.В. Информатика. – М.: Академия, 1998.
4. Аветисян Р.Д., Аветисян Д.Д., Теоретические основы информатики. –М.: Наука, 1997.
5. Аладьев В.З. и др. Основы информатики. – М.: Филин, 1999.
6. Балапанов Е.К. Новые информационные технологии: 30 уроков по информатике. Алматы, 2001.
7. Воройский Ф.С. Информатика. Новый систематизированный толковый словарь-справочник. – М., 2001.
Дополнительная:
8. Дьяконов В. Компьютерная математика. Теория и практика. М.: Горячая линия -Телеком, 2001.
9. Акулов О.А.Информатика: базовый курс: учебник для тудентов вузов, бакалавров, магистров,обучающихся по направлению «Информатика и вычисл.техника»/О.А,Акулов,Н.В.Медведев.-6-е изд., испр. И доп.-М.:Изд-во «Омега-Л».2009.-574 с.(высшее техническоеобразование).
ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ.
Содержание лекции:
1. Формы представления информации.
2 .Системы счисления. Перевод чисел из одной системы в другую
Арифметические действия в системах счисления.
3. Способы записи информации в компьютерной технике Кодировка символов
Цель лекции:
— изучить основные структуры информационного процесса; способы представления числовой и символьной информации;
Рекомендуемые страницы:
lektsia.com
1.1 Информация, ее основные функции.
Лекция 1. Система связи РФ
Информация (от лат. information — ознакомление, разъяснение, представление, понятие) является общенаучным понятием. Существует множество определений понятия «информация». У Ожегова С.И. информация определяется как «сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальными устройствами».
Философы утверждают, что информация — это отраженное разнообразие. Под отражением понимается всеобщее свойство материи воспроизводить признаки, свойства и отражения отражаемого объекта. Если нет отражения или разнообразия, то нет и информации. Например, в абсолютно темной комнате человек не получает информации через органы зрения.
Не следует путать информацию с сообщениями. Сообщение — это форма представления информации. Одну и ту же информацию можно, например, представить в виде звуковых или письменных сообщений.
Человек 80-90% информации получает через органы зрения, 10-20% — через органы слуха и только 1-2% — через другие органы чувств (осязание, обоняние, вкус).
Основными функциями информации в обществе являются:
познавательная, целью которой является получение новой информации;
коммуникативная, или функция общения людей;
управленческая, цель которой — формирование целесообразного поведения управляемой системы.
1.2 Формы движения информации и информационные средства
Реализуются эти функции через движение информации. Существует определенная взаимосвязь различных форм движения информации с основными функциями информации в обществе и средствами ускорения ее движения.
Познавательная функция реализуется, в основном, через синтез, представление, хранение и восприятие. Наиболее значительными качественными скачками в ускорении таких форм движения информации как ее представление и хранение явились изобретения письменности (третье тысячелетие до нашей эры), бумаги (второй век нашей эры) и книгопечатания (1450г.). Более пяти веков совершенствуются печатные станки и машины, однако средства поли- и репрографии для представления и хранения информации еще далеко не исчерпали своих возможностей. Интеграция со средствами вычислительной техники выводит их на качественно новый уровень.
Для реализации коммуникативной функции важнейшими являются передача и распределение. Использование явлений и законов электромагнетизма для создания средств электросвязи можно поставить в один ряд с изобретением письменности и бумаги. Развитие этих средств насчитывает немногим более полутора столетий: телеграф (1832г.), телефон (1876г.), радио (1895г.), телевидение (1931г.), телекс (1933г.), факсимиле (1950г.), передача данных (1964г.)[3].
Управленческая функция информации, неразрывно связанная с познавательной и коммуникативной, реализуется через все основные формы движения, включая обработку. Потребность в ускорении обработки информации привела к созданию в 1946г. электронных вычислительных машин (ЭВМ).
Средства вычислительной техники и электросвязи имеют много общего, однако у них есть одно принципиальное различие: основной функцией средств электросвязи является ускорение передачи, а средств вычислительной техники — ускорение обработки информации. По этим соображениям появление средств вычислительной техники можно считать качественным скачком в интенсификации информационных процессов, следующим за появлением средств электросвязи.
Рассмотренные выше средства, как это следует из рисунка, не ускоряют такие формы движения, как синтез (производство) и восприятие (потребление) информации. До последнего времени эти функции оставались исключительно за человеком. Создание автоматизированных систем управления выявило несогласованность в ускорении различных форм движения информации. Ограниченные психофизиологические возможности человека по восприятию больших объемов информации, необходимой для выработки и принятия решений, стали тормозом в повышении эффективности функционирования автоматизированных систем управления. Так, при чтении нервная система человека подает в мозг информацию со скоростью 15-20 бит/с. Потребность в согласованном ускорении всех форм движения информации привела к необходимости интеграции информационных средств и к появлению в конце 50-х годов первых работ в области искусственного интеллекта.
Исследование и эксперименты в этой области продолжались до создания в начале 80-х годов персональных ЭВМ с интеллектуальным интерфейсом. Это способствовало промышленному внедрению новых информационных технологий, основой которых являются человекомашинные интеллектуальные системы. В них оптимальным образом сочетаются дополняющие друг друга возможности человека и технических средств. Функционирование систем искусственного интеллекта опирается на знания о проблемной области, которые хранятся в ее памяти в базах знаний в виде правил «если, то». Таким образом, основной тенденцией развития информационных средств является переход от ускорения отдельных форм движения информации (передача, обработка и др.) к согласованному ускорению всех форм движения информации в обществе, включая ее производство и потребление.
studfiles.net
1. Понятие информации. Виды информации. Формы представления информации.
Информация-свед-ия о лицах, предм-ах, фактах, соб-ях, явлениях окруж. мира, независ. от формы их предост-ия.
Осн-ые действия выполн. Над информ.:
Все эти действия составляют информационный процесс.
Инф-ция связана с к-л данными. Широко распространена,может зависеть или нет от контекста,может генерироваться людьми или машинами,легко воспр-ся и передаётся,как правило статично. Мож. быть взаимосвязана с другой информацией,облад. стоим-тью необх-ой для её созд-ия и поддержки.
-Это осн-ые cв-ва инф-ии.
Виды:
Массовая(обществ. Политич. И научно-попул-ая)
Специальная(научная, технич., экономич., управл-кая)
Личная
Формы предост-ия:
2.Классификация информации.
По признаку: область возникновения.
Элементарная( отражает процессы и явления неодушевл. природы)
Биолог-ая( отражает про-сы растит. и животн. мира)
Социальная( отражает пр-сы человеч. общ-ва)
По признаку: По способу передачи и восприятия
Зрительная( визуальная-глаза запоминают, воспринимают форму, цвет, объем, помещение)
Аудиальная(слух, распознает звуки, тембр голоса, высоту, силу и эмоцион. окраску звука)
Тактильная( осязание, воспр. хар-ер поверх-ти, температуру, вибрацию, прикосновение)
3.Основные действия, выполняемые над информацией.
Осн-ые действия выполн. Над информ.:
Все эти действия составляют информационный процесс.
Инф-ция связана с к-л данными. Широко распространена,может зависеть или нет от контекста,может генерироваться людьми или машинами,легко воспр-ся и передаётся,как правило статично. Мож. быть взаимосвязана с другой информацией,облад. стоим-тью необх-ой для её созд-ия и поддержки.
4.Понятие «технология».
Технология( от греч. слова techne, что озн-т искусство , мастерство, умение, 2-я часть слова logos –понятие , учение). Инф-я технология – это система методов и способов использования информационно-выч-й техники и систем связи для создания, сбора, передачи, хранения, поиска, обработки и распостронения инф-и. Технол-е средства инф-х технологий предназначены для зарождения данных, накопления и систематизации, обработки и отображения.
5.Информационные технологии. Виды информационных технологий.
Информационные технологии(ИТ) – система методов и способов испол-я инф-вычислит-ой техники и систем связи для создания, сбора, передачи, хранения, поиска, обр-ки и р аспространения инф.
Технические ср-ва ИТ предназначен для зарождения данных, накопления и системат-ой обработке и отображения: ПЭВМ, переферийное оборудование, коммуникат и сетевое оборудование.
Виды ИТ: 1) базовые ИТ : технология управление ср-ми вычислительной техники; технол-я архитектуры клиент-сервер; техн-я многопроцессовой обработки; интернет технологии; телекоммуниктивные техн-и; технологии обработки текстов; мультимедийные техн; техн-я защиты информ и кодирован.
2) прикладные ИТ: ИТ в сфере организации управления; ИТ управление предприятием; ИТ по поддержке бух учета
studfiles.net