Методы измерения информации. Свойства количества информации. Подходы к измерению информации.
Базовые понятия
Информация, подходы к определению информации, виды информации, свойства информации; бит, байт, килобайт; вероятностный подход к измерению информации, объемный подход к измерению информации.
Информация относится к фундаментальным, неопределяемым понятиям науки информатика. Тем не менее смысл этого понятия должен быть разъяснен. Предпримем попытку рассмотреть это понятие с различных позиций.
Термин информация происходит от латинского слова informatio, что означает сведения, разъяснения, изложение. В настоящее время наука пытается найти общие свойства и закономерности, присущие многогранному понятию информация, но пока это понятие во многом остается интуитивным и получает различные смысловые наполнения в различных отраслях человеческой деятельности:
• в быту информацией называют любые данные, сведения, знания, которые кого-либо интересуют. Например, сообщение о каких-либо событиях, о чьей-либо деятельности и т.п.;
• в технике под информацией понимают сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов (в этом случае есть источник сообщений, получатель (приемник) сообщений, канал связи);
• в кибернетике под информацией понимают ту часть знаний, которая используется для ориентирования, активного действия, управления, т.е. в целях сохранения, совершенствования, развития системы;
• в теории информации под информацией понимают сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся степень неопределенности, неполноты знаний о них.
Применительно к компьютерной обработке данных под информацией понимают некоторую последовательность символических обозначений (букв, цифр, закодированных графических образов и звуков и т.п.), несущую смысловую нагрузку и представленную в понятном компьютеру виде. Каждый новый символ в такой последовательности символов увеличивает информационный объем сообщения.
Информация может существовать в виде:
• текстов, рисунков, чертежей, фотографий;
• световых или звуковых сигналов;
• радиоволн;
• электрических и нервных импульсов;
• магнитных записей;
• жестов и мимики;
• запахов и вкусовых ощущений;
• хромосом, посредством которых передаются по наследству признаки и свойства организмов;
• и т.д. (приведите примеры других видов существования информации).
Свойства информации (с точки зрения бытового подхода к определению информации):
• релевантность — способность информации соответствовать нуждам (запросам) потребителя;
• полнота — свойство информации исчерпывающе (для данного потребителя) характеризовать отображаемый объект или процесс;
• своевременность — способность информации соответствовать нуждам потребителя в нужный момент времени;
• достоверность — свойство информации не иметь скрытых ошибок. Достоверная информация со временем может стать недостоверной, если устареет и перестанет отражать истинное положение дел;
• доступность — свойство информации, характеризующее возможность ее получения данным потребителем;
• защищенность — свойство, характеризующее невозможность несанкционированного использования или изменения информации;
• эргономичность — свойство, характеризующее удобство формы или объема информации с точки зрения данного потребителя.
1 бит — минимальная единица измерения информации, при вероятностном подходе к измерению информации, принятом в теории информации, это количество информации, уменьшающее неопределенность знаний в 2 раза.
Связь между единицами измерения информации: •* 1 байт = 8 бит,
• 1 Кб (килобайт) = 2ю (1024) байт = 213 бит;
• 1 Мб (мегабайт) = 210 (1024) Кб = = 2го (1048576) байт = 223 бит;
• 1 Гб (гигабайт) = 210Мб = 220 Кб = 230 байт =
= 233 бит;
• 1 Тб (терабайт) = 210 Гб = 220Мб = 230 Кб = = 240 байт = 243 бит.
При объемном подходе к измерению информации, характерном для компьютерной обработки данных, информативность сообщения определяется количеством символов, его составляющих.
Детализация понятия бит с точки зрения вероятностного подхода к измерению информации. Философские и математические аспекты. Примеры.
Пример решения задачи с использованием разных единиц измерения информации.
2. Основы языка разметки гипертекста (HTML) Базовые понятия
Разметка документа, языки разметки документов, Hyper Text Markup Language, тэг (tag), структура HTML-документа, основные тэги HTML.
Hyper Text Markup Language (HTML) является стандартным языком, предназначенным для создания гипертекстовых документов в среде Web. HTML-документы могут просматриваться различными типами браузеров (специальными программами, интерпретирующими такого рода гипертекстовые документы), наиболее известным из которых является Internet Explorer. В отличие от документов, например текстового процессора Microsoft Word, документы в формате HTML не организованы по принципу WYSIWYG (What You See Is What You Get — что видишь, то и получишь [при выводе на печать или монитор] ). Когда документ создан с использованием HTML, браузер должен интерпретировать HTML для выделения различных элементов документа и первичной их обработки с целью их дальнейшего отображения в виде, задуманном автором.
Большинство документов имеют стандартные элементы, такие, как заголовки, параграфы или списки. Используя тэги (команды) HTML, можно обозначать данные элементы, обеспечивая браузеры минимальной информацией для их отображения, сохраняя в целом общую структуру и информационную полноту документов. В большинстве случаев автор документа строго определяет внешний вид документа. В случае HTML читатель (основываясь на возможностях браузера) может в определенной степени управлять внешним видом документа (но не его содержимым). HTML позволяет отметить, где в документе должен быть заголовок или абзац, при помощи тэга HTML, а затем предоставляет браузеру интерпретировать эти тэги.
Общая структура тэга и его содержимого такова: содержимое элемента
Любой HTML-документ имеет следующую структуру:
Заголовок содержит служебную информацию, в частности, предназначенную для поисковых систем.
Все тэги, которые предназначены для оформления документа, могут быть условно разделены на несколько групп:
• форматирование;
• верстка таблиц;
• верстка списков;
• формирование гиперссылок;
• вставка изображений.
Тэт верстки, таблиц позволяют формировать и отображать таблицы произвольной сложности. Вообще дизайнеры довольно часто используют таблицы для оформления страниц, помещая в них меню, текст, рисунки и т.д.
Тэги верстки списков позволяют формировать маркированные и нумерованные списки.
Гипертекстовый документ невозможно представить себе без ссылок на другие документы (внутренние или внешние). Ссылки формирует тэг … -с обязательным параметром HREF.
Тэг для отображения рисунков — . Он не имеет закрывающегося тэга и содержит обязательный параметр SRC, значением которого является адрес файла с рисунком {относительный, т.е. на данном сайте, но, например, в другом каталоге, или абсолютный, если рисунок, например изображение счетчика, подгружается с другого сайта).
Современные web-конструкторы и дизайнеры пользуются не только HTML, но и рядом его расширений, например, каскадными таблицами стилей (CSS), управляют содержанием страниц средствами программирования.
Заголовок HTML-документа и назначение его элементов.
Тэги форматирования текста и примеры их использования.
Тэги верстки таблиц и примеры их использования.
Тэги верстки списков и примеры их использования.
Графические форматы для web. Правила сохранения изображений для web, требования к изображениям. Параметры тэга IMG.
Понятие о CSS, языках программирования для web. Исполнение программ и скриптов на стороне сервера и клиента.
3. Практическое задание на поиск информации в глобальной компьютерной сети Интернет
Принципы составления задания
При составлении заданий следует учесть, чтобы искомая информация была достаточно доступной, актуальной, представляла познавательный интерес для учащихся. В случае невозможности реального поиска в глобальной сети следует воспользоваться программами — имитаторами поиска или осуществлять поиск в локальной сети (Еремин Е.А. Имитатор поисковой машины как эффективное средство обучения поиску информации в Интернете. // Информатика №45, с. 15-20, 2001).
I g (типы данных, операторы, функции, процедуры и т.д.). I
|s 3. Основные этапы инсталляции программно- |
!« го обеспечения. Практическое задание. Инстал- I
i у* ляция программы с носителя информации (дис- .
кет, дисков CD-ROM).
1. Информационные процессы. Хранение, передача и обработка информации
Базовые понятия
Информационный процесс, восприятие информации, передача информации, получение информации, обработка информации, хранение информации, информационная деятельность человека
Обязательно изложить
Под информационным, понимают процесс, связанный с определенными операциями над информацией, в ходе которого может измениться содержание информации или форма ее представления. В информатике к таким процессам относят получение, хранение, передачу, обработку, использование информации.
Получение информации основано на отражении различных свойств объектов, явлений и процессов окружающей среды. В природе такого рода отражение выражается в восприятии с помощью органов чувств. Человек пошел дальше по этому пути и создал множество приборов, которые многократно усиливают природные способности к восприятию.
Человек воспринимает с помощью органов чувств следующую информацию:
• визуальная (восприятие зрительных образов, различение цветов и т.д.) — с помощью зрения;
• звуковая (восприятие музыки, речи, сигналов, шума и т.д.) — с помощью слуха;
• обонятельная (восприятие запахов) — с помощью обоняния;
• вкусовая (восприятие посредством вкусовых рецепторов языка) — с помощью вкуса;
• тактильная (посредством кожного покрова восприятие информации о температуре, качестве предметов и т.д.) — с помощью осязания.
Хранение информации имеет большое значение для многократного использования информации, передачи информации во времени.
Передача информации необходима для того или иного ее распространения. Простейшая схема передачи такова:
источник информации — канал связи — приемник {получатель) информации
Для передачи информации с помощью технических средств необходимо кодирующее устройство, предназначенное для преобразования исходного сообщения источника информации к виду, удобному для передачи, и декодирующее устройство, необходимое для преобразования кодированного сообщения в исходное.
Обработка информации подразумевает преобразование ее к виду, отличному от исходной формы или содержания информации.
Наиболее общая схема обработки информации такова: входная информация — преобразователь информации — выходная информация
Процесс изменения информации может включать в себя, например, такие действия: численные расчеты, редактирование, упорядочивание, обобщение, систематизация и т.д.
Деятельность человека, которая связана с процессами получения, преобразования, накопления, передачи и использования информации, управления, называют информационной деятельностью.
Основные вехи в процессе развития и совершенствования информационной деятельности человека перечислены ниже.
Появление речи. Значительно расширило возможности информационной деятельности человека, в особенности передачи информации.
Возникновение письменности. Дало возможность долговременного хранения информации и передачи накопленных знаний и культурных ценностей последующим поколениям.
Изобретение книгопечатания. Революция в мире тиражирования знаний, хранящихся в письменном виде. Расширение научной информации, развитие художественной литературы и т.д.
Изобретение ЭВМ — универсальных инструментов информационной деятельности.
2. Основы алгоритмического программирования (типы данных, операторы, функции, процедуры и т.д.)
Базовые понятия
Аргументы и результаты алгоритма, промежуточные величины.
Тип данных (определяет, какие значения может принимать величина, какие операции над ней можно выполнять и как она хранится в памяти машины).
Простые и сложные типы данных. Простому типу соответствует только одно текущее значение, а сложный объединяет несколько.
Операторы: присваивания и управляющие (развилка, цикл).
Процедура и функция.
В программировании налицо две взаимосвязанные составляющие процесса решения задачи: собственно данные и инструкции по их обработке, т.е. алгоритм.
Рассмотрение начнем с первой составляющей — данных. По роли данных в алгоритме различают исходные (входные) данные, выходные (чаще говорят — результат) и рабочие (промежуточные) данные.
Каждая величина в алгоритме имеет свой тип. Тип величины определяет, какие значения может принимать величина, какие операции над ней можно
1. Функциональная схема компьютера (основные устройства, их взаимосвязь). Характеристики современных персональных компьютеров
Базовые понятия
Функциональные устройства компьютера: процессор, память (внутренняя и внешняя), устройства ввода и вывода информации.
Шина (информационная магистраль) — основное устройство для переноса информации между блоками компьютера. Ее составляющие: шина адреса, шина данных и шина управления.
Основные характеристики компьютера: процессор — тактовая частота; ОЗУ и видеопамять — объем; набор периферийных устройств и возможности их расширения.
Современный компьютер есть сложное электронное устройство, состоящее из нескольких важных функциональных блоков, взаимодействующих между собой.
Главным устройством компьютера является процессор. Он служит для обработки информации и, кроме того, обеспечения согласованного действия всех узлов, входящих в состав компьютера.
Для хранения данных и программы их обработки в компьютере предусмотрена память. Информация по решаемым в данный момент задачам хранится в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ). Для сохранения результатов необходимо использовать носитель внешней памяти, например, магнитный или оптический диск.
Для задания исходных данных и получения информации о результатах необходимо дополнить компьютер устройствами ввода и вывода.
Все устройства компьютера взаимодействуют между собой единым способом через посредство специальной информационной магистрали или шины. Непосредственно к шине подсоединяются процессор и внутренняя память (ОЗУ и ПЗУ). Остальные устройства для согласования с шиной имеют специальные контроллеры, назначение которых состоит в обеспечении стандартного обмена информацией через шину. Шина компьютера состоит из трех частей:
• шина адреса, на которой устанавливается адрес требуемой ячейки памяти или устройства, с которым будет происходить обмен информацией;
• шина данных, по которой, собственно, и будет передана необходимая информация;
• шина управления, регулирующая этот процесс.
Рассмотрим в качестве примера, как процессор читает содержимое ячейки памяти. Убедившись, что шина свободна, процессор помещает на шину адреса требуемый адрес и устанавливает необходимую служебную информацию (операция — чтение, устройство — ОЗУ и т.п.) на шину управления. ОЗУ, увидев на шине обращенный к нему запрос на чтение информации, извлекает содержимое необходимой ячейки и помещает его на шину данных (разумеется, реальный процесс значительно более детальный).
Подчеркнем, что на практике функциональная схема может быть значительно сложнее: компьютер может содержать несколько процессоров, прямые информационные каналы между отдельными устройствами, несколько взаимодействующих шин и т.д.
Магистральная структура позволяет легко подсоеди-. нять к компьютеру именно те внешние устройства, которые нужны для данного пользователя.
Характеристики персональных компьютеров фактически представляют собой совокупность характеристик отдельных устройств, его составляющих (хотя, строго говоря, они должны разумно соответствовать друг другу) . Наиболее важными из них являются следующие.
Главная характеристика процессора — тактовая частота. Такты — это элементарные составляющие машинных команд. Для организации их последовательного выполнения в компьютере имеется специальный генератор импульсов. Очевидно, что чем чаще следуют импульсы, тем быстрее будет выполнена операция, состоящая из фиксированного числа тактов. Тактовая частота в современных компьютерах измеряется в гигагерцах, что соответствует миллиардам импульсов в секунду.
С теоретической точки зрения важной характеристикой процессора является его разрядность. На практике же все выпускаемые в данный момент процессоры имеют одинаковую (причем достаточную для подавляющего большинства практических целей) разрядность. С другой стороны, при выборе компьютера важное значение имеет набор окружающих процессор микросхем (так называемый чипсет ), но детали этого вопроса выходят далеко за рамки билета.
Объемы ОЗУ и видеопамяти также являются важными характеристиками компьютера. Единицей их измерения в настоящий момент является мегабайт, хотя в некоторых наиболее дорогих моделях оперативная память уже превышает 1 гигабайт. Еще одной, более технической, характеристикой является время доступа к памяти — время выполнения операций записи или считывания данных, которое зависит от принципа действия и технологии изготовления запоминающих элементов.
По технологии изготовления различают статические и динамические микросхемы памяти. Первая является более быстродействующей, но, соответственно, и более дорогой. В качестве компромиссного решения в современных компьютерах применяется сочетание большого основного объема динамического ОЗУ с промежуточной (между ОЗУ и процессором) статической кэш-памятью. Ее объем также оказывает существенное влияние на производительность современного ПК.
Важной характеристикой компьютера является его оснащенность периферийными устройствами. Читатели легко смогут привести здесь достаточное количество примеров. Хочется только подчеркнуть, что существенна ‘также возможность подключения к машине дополни7 тельных внешних устройств. Например, современному компьютеру совершенно необходимо иметь разъемы USB1, через которые к нему можно подключать множество устройств: от принтера и мыши до флэш-диска и цифрового фотоаппарата.
При обращении к внешним устройствам используются специальные регистры, которые принято называть портами.
Обмен по шине между устройствами при определенных условиях и при наличии вспомогательного контроллера может происходить без непосредственного участия процессора. В частности, возможен такой обмен между периферийным устройством и ОЗУ (прямой доступ к памяти).
Оба вида запоминающих микросхем — статические и динамические — успешно конкурируют между собой. С одной стороны, статическая память значительно проще в эксплуатации и приближается по быстродействию к процессорным микросхемам. С другой стороны, она имеет меньший информационный объем и большую стоимость, сильнее нагревается при работе. На практике в данный момент выбор микросхем для построения ОЗУ всегда решается в пользу динамической памяти. И все же быстродействующая статиче-
1 USB (Universal Serial Bus) — универсальная последовательная шина.
екая память в современном компьютере обязательно есть: она называется кэш-памятью.
Кэш невидим для пользователя, так как процессор использует его исключительно самостоятельно. Кроме сохранения данных и команд, считываемых из ОЗУ, в специальном каталоге кэш запоминаются также адреса, откуда информация была извлечена. Если информация потребуется повторно, уже не надо будет терять время на обращение к ОЗУ — ее можно получить из кэш-памяти значительно быстрее. Кэш-память является очень
2. Технология объектно-ориентированного программирования (объекты, их свойства и методы, классы объектов)
Базовые понятия
Парадигма программирования, объектно-ориентированное программирование, объект, метод, инкапсуляция, наследование, полиморфизм.
Внешняя память, накопитель, носитель информации, магнитный носитель, оптический носитель.
Внешняя (долговременная) память — это место длительного хранения данных (программ, результатов расчетов, текстов и т.д.), не используемых в данный момент в оперативной памяти компьютера. Внешняя память, в отличие от оперативной, является энергонезависимой. Носители внешней памяти, кроме того, обеспечивают транспортировку данных в тех случаях, когда компьютеры не объединены в сети (локальные или глобальные).
Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и (или) считывание информации) и устройства хранения — носителя.
Основные виды накопителей:
• накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);
• накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);
• накопители на магнитной ленте (НМЛ);
• накопители CD-ROM, CD-RW, DVD.
Им соответствуют основные виды носителей:
• гибкие магнитные диски (Floppy Disk)’,
• жесткие магнитные диски (Hard Disk);
• кассеты для стримеров и других НМЛ;
• диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD-RW. Основные характеристики накопителей и носителей:
• информационная емкость;
• скорость обмена информацией;
• надежность хранения информации;
• стоимость.
Принцип работы магнитных запоминающих устройств основан на способах хранения информации с использованием магнитных свойств материалов. Как правило, магнитные запоминающие устройства состоят из собственно устройств чтения/записи информации и магнитного носителя, на который непосредственно осуществляется запись и с которого считывается информация. Магнитные запоминающие устройства принято делить на виды в связи с исполнением, физико-техническими характеристиками носителя информации и т.д. Наиболее часто различают: дисковые и ленточные устройства. Общая технология магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации, закодированной как области переменной намагниченности. Дисковые носители, как правило, намагничиваются вдоль концентрических полей — дорожек, расположенных по всей плоскости дискоидального вращающегося носителя. Запись производится в цифровом коде. Намагничивание достигается за счет создания переменного магнитного поля при помощи головок чтения/записи. Головки представляют собой два или более магнитных управляемых контура с сердечниками, на обмотки которых подается переменное напряжение. Изменение величины напряжения вызывает изменение направления линий магнитной индукции магнитного поля и при намагничивании носителя означает смену значения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1.
Компакт-диск диаметром 120мм (около 4,75) изготовлен из полимера и покрыт металлической пленкой. Информация считывается именно с этой металлической пленки, которая покрывается полимером, защищающим данные от повреждения. CD-ROM является односторонним носителем информации.
Считывание информации с диска происходит за счет регистрации изменений интенсивности отраженного от алюминиевого слоя излучения маломощного лазера. Приемник, или фотодатчик, определяет, отразился ли луч от гладкой поверхности, был рассеян или поглощен. Рассеивание или поглощение луча происходит в местах, где в процессе записи были нанесены углубления. Фотодатчик воспринимает рассеянный луч, и эта информация в виде электрических сигналов поступает на микропроцессор, который преобразует эти сигналы в двоичные данные или звук.
Скорость считывания информации с CD-ROM сравнивают со скоростью считывания информации с музыкального диска (150 Кб/с), которую принимают за единицу. На сегодняшний день наиболее распространенными являются 52-скоростные накопители CD-ROM (скорость считывания — 7500 Кб/с).
Устройства с возможностью многократной записи на оптический диск используют многослойный диск с отражающей поверхностью, перед которой находится слой
