Сбор информации
Сигнал можно определить как средство перенесения информации в пространстве и времени. В качестве носителя сигнала могут выступать звук, свет, электрический ток, магнитное поле и т.п. Подобно живым организмам, воспринимающим сигналы из внешней среды с помощью специальных органов (обоняния, осязания, слуха, зрения), технические системы для приема сигналов из окружающего мира оснащаются специальными устройствами. Вне зависимости от носителя информации (сигнала) типичный процесс обработки сигнала может быть охарактеризован следующими шагами. На первом шаге исходный (первичный) сигнал с помощью специального устройства (датчика) преобразуется в эквивалентный ему электрический сигнал (электрический ток). На втором шаге вторичный (электрический) сигнал в некоторый выделенный момент времени оцифровывается специальным устройством — аналого-цифровым преобразователем (АЦП). АЦП значению электрического сигнала ставит в соответствие некоторое число из конечного множества таких чисел. Таким образом, датчик и АЦП, связанные вместе, составляют цифровой измерительный прибор. Если этот прибор оснастить некоторым устройством для хранения измеренной величины — регистром, то на следующем шаге по команде от ЭВМ можно ввести это число в машину и подвергать затем любой необходимой обработке.
Конечно, не все технические средства сбора информации работают по описанной схеме. Так, клавиатура, предназначенная для ввода алфавитно-цифровой информации от человека, не имеет в своем составе АЦП. Здесь первичный сигнал — нажатие клавиши — непосредственно преобразуется в соответствующий нажатой клавише цифровой код. Но в любом случае, будь то цифровой измерительный прибор, клавиатура или иное устройство ввода информации в ЭВМ, в конечном счете поступающая в ЭВМ информация представлена в виде цифрового кода — двоичного числа. Современные системы сбора информации (например, в составе автоматизированных систем управления) могут включать в себя большое количество (тысячи) цифровых измерительных приборов j и всевозможных устройств ввода информации. Такое комплексирование средств приводит к необходимости управления процессом сбора информации и к разработке соответствующего программного (и аппаратного) обеспечения. Совокупность технических средств ввода информации в ЭВМ, программ управляющих всем комплексом технических средств, и программ, обеспечивающих ввод информации с отдельных устройств (драйверов устройств), — вот что представляет собой современная развитая система сбора информации.
Сбор информации
Условимся понимать, что сбор информации представляет собой процесс ее сосредоточения в устройствах внешней памяти компьютера. Очевидно, что первым этапом этого процесса является получение информации от объектов внешнего мира.
Необходимость обмена информацией для обеспечения сохранения вида привела к появлению и развитию средств общения между живыми существами. У человека одним из таких средств общения является речь. В процессе общения объекты, их свойства и связи между ними, отраженные в сознании человека, обозначаются соответствующим образом. Такие обозначения составляют основу языка и называются именами. Следовательно, в сознании человека полученная информация существует в форме мысли, выраженной в образах или в терминах устной речи. Это объясняется тем, что естественные человеческие языки представляют собой системы кодирования понятий для выражения мыслей посредством речи [5].
Второй этап процесса сбора информации заключается в том, что ее необходимо из сознания человека перенести в память компьютера. Для этой цели служат различные прикладные программы и устройства ввода. Очевидно, что при этом слова или образы, существующие в сознании человека, нужно преобразовать в форму, удобную для обработки компьютером, т. е. закодировать ее.
В способах получения информации человек пошел намного дальше других живых существ — он создал приборы, позволяющие извлекать ту информацию, которая недоступна ему в непосредственных ощущениях.
В вычислительной технике изначально используется система двоичного кодирования, основанная на представлении данных последовательностью всего двух знаков: 0 и 1. Эти знаки называются двоичными цифрами, по-английски — binary digit или сокращенно bit (бит).
Одним битом могут быть выражены два понятия: 0 или 1 (да или нет, черное или белое, истина или ложь и т. п.). Если количество битов увеличить до двух, то уже можно выразить четыре различных понятия:
Тремя битами можно закодировать восемь различных значений:
000 001 010 011 100 101 ПО 111
Эти примеры показывают, что при увеличении количества разрядов в системе двоичного кодирования на единицу количество значений, которое может быть выражено в данной системе, увеличивается 2 раза, т. е. общая формула имеет вид:
где N — количество независимых кодируемых значений; т — разрядность двоичного кодирования, принятая в данной системе.
Кодирование чисел. Целые числа кодируются двоичным кодом достаточно просто — достаточно взять целое число и делить его пополам до тех пор, пока частное не будет равно единице. Совокупность остатков от каждого деления, записанная справа налево вместе с последним частным, и образует двоичный аналог десятичного числа.
Для кодирования целых чисел от 0 до 255 достаточно иметь 8 разрядов двоичного кода (8 бит). Шестнадцать бит позволяют закодировать целые числа от 0 до 65 535, а 24 бита — уже более 16,5 миллионов разных значений.
Для кодирования действительных чисел используют 80-разрядное кодирование.
3,1415926 = 0,31415926· 10′;
Первая часть числа называется мантиссой, а вторая — характеристикой. Большую часть из 80 бит отводят для хранения мантиссы (вместе со знаком) и некоторое фиксированное количество разрядов — для хранения характеристики (тоже со знаком). Любое число можно представить в форме мантиссы с порядком.
Кодирование текстовых данных. Для кодирования текстовой информации с помощью двоичного кода можно путем постановки в соответствие каждому символу алфавита определенного целого числа (например, порядкового номера). В этом случае с помощью восьми двоичных разрядов можно обеспечить кодирование 256 различных символов. Это количество позволяет выразить различными комбинациями восьми битов все символы английского и русского языков, как строчные, так и прописные, а также знаки препинания, символы основных арифметических действий и некоторые общепринятые специальные символы.
Наиболее широко для кодирования текстовой информации используется система кодирования ASCII (American Standard Code for Information Interchange — стандартный код информационного обмена США). В этой системе вводятся две таблицы кодирования — базовая и расширенная. Базовая таблица закрепляет значения кодов от 0-го до 127-го, а расширенная относится к символам с номерами от 128-го до 255-го.
Первые 32 кода базовой таблицы, начиная с нулевого, отданы производителям аппаратных средств. Начиная с 32-го по 127-й код размещены коды символов английского алфавита, знаков препинания, цифр, арифметических действий и некоторых вспомогательных символов.
Расширенная часть системы кодирования, определяющая значения кодов со 128-го по 255-й, используется для кодирования символов национальных алфавитов. Примеры таблиц кодирования приведены во многих источниках [9].
Кодирование графических данных. Графическое изображение, напечатанное в газете или книге, состоит из мельчайших точек, образующих характерный узор, называемый растром.
Для кодирования цветных графических изображений применяется принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие. В качестве таких составляющих используют три основных цвета: красный (Red, R), зеленый (Green, G) и синий (Blue, В). На практике считается (хотя теоретически это не совсем так), что любой цвет, видимый человеческим глазом, можно получить путем механического смешения этих трех основных цветов. Такая система кодирования называется системой RGB по первым буквам названий основных цветов.
Если для кодирования яркости каждой из основных составляющих использовать по 256 значений (восемь двоичных разрядов), как это принято для полутоновых черно-белых изображений, то на кодирование цвета одной точки надо затратить 24 разряда. При этом система кодирования обеспечивает однозначное определение 16,5 миллионов различных цветов, что на самом деле близко к чувствительности человеческого глаза. Режим представления цветной графики с использованием 24 двоичных разрядов называется полноцветным (True Color).
Кодирование звуковой информации. В настоящее время для записи звуков с помощью двоичных кодов используется таблично-волновой метод (Wave-Table). Суть его сводится к тому, что создаются специальные таблицы, в которых хранятся образцы звуков для множества различных музыкальных инструментов. В технике такие образцы называют сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсивность звука, динамику его изменения, некоторые параметры среды, в которой происходит звучание, а также прочие параметры, характеризующие особенности звука. Поскольку в качестве образцов используются «реальные» звуки, то качество звука, полученного в результате синтеза, получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.
Единицы измерения данных. Поскольку разные типы данных имеют универсальное двоичное представление, постольку в информатике используются единицы данных, основанные на нем. Так, наименьшей единицей измерения является бит. Однако, как было показано ранее, даже для кодирования одного текстового символа нужно 8 бит. Такая единица измерения получила название 1 байт.
Поскольку одним байтом, как правило, кодируется один символ текстовой информации, то для текстовых документов размер в байтах соответствует лексическому объему в символах. Более крупная единица измерения — килобайт (Кбайт). Условно можно считать, что 1 Кбайт примерно равен 1000 байт. Условность связана с тем, что для вычислительной техники, работающей с двоичными числами, более удобно представление чисел в виде степени двойки, и потому на самом деле 1 Кбайт равен 2’° байт (1024 байт). Однако всюду, где это не принципиально, с инженерной погрешностью (до 3 %) «забывают» о «лишних» байтах.
В килобайтах измеряют сравнительно небольшие объемы данных. Условно можно считать, что одна страница неформатированного машинописного текста составляет около 2 Кбайт.
Более крупные единицы измерения данных образуются добавлением префиксов мега-, гига-, тера-, в более крупных единицах пока нет практической надобности.
1 Мбайт = 1024 Кбайт = IO 20 байт;
1 Гбайт = 1024 Мбайт = IO 30 байт;
1 Тбайт = 1024 Гбайт = IO 40 байт.
Наглядное представление о соотношении количества информации, содержащейся в сообщениях, передаваемых с помощью различных носителей, дает следующий пример. На диске объемом 100 Мбайт может быть записано:
страниц текста — 50 000;
цветных фотографий — 150;
аудиозапись речи — 1,5 часа;
музыкальный фрагмент качества CD-стерео — 10 минут;
фильм высокого качества записи — 15 секунд;
протоколы операций с банковским счетом — за 1000 лет.
Таким образом, можно предположить, что сбор информации включает непосредственно получение информации, ее двоичное кодирование и запись во внешнюю память компьютера.
Информационные технологии копия 2
Понятие информации
В свою очередь, сигналы могут порождать в физических телах изменения свойств. Это явление называется регистрацией сигналов. Сигналы, зарегистрированные на материальном носителе, называются данными. Существует большое количество физических методов регистрации сигналов на материальных носителях. Это могут быть механические воздействия, перемещения, изменения формы или магнитных, электрических, оптических параметров, химического состава, кристаллической структуры. В соответствии с методами регистрации, данные могут храниться и транспортироваться на различных носителях. Наиболее часто используемый и привычный носитель – бумага; сигналы регистрируются путем изменения ее оптических свойств. Сигналы могут быть зарегистрированы и путем изменения магнитных свойств полимерной ленты с нанесенным ферромагнитным покрытием, как это делается в магнитофонных записях, и путем изменения химических свойств в фотографии.
Данные несут информацию о событии, но не являются самой информацией, так как одни и те же данные могут восприниматься (отображаться или еще говорят интерпретироваться) в сознании разных людей совершенно по-разному. Например, текст, написанный на русском языке (т.е. данные), даст различную информацию человеку, знающему алфавит и язык, и человеку, не знающему их.
Свойства информации
Понятие «информация», как уже было сказано ранее, используется многими научными дисциплинами, имеет большое количество разнообразных свойств, но каждая дисциплина обращает внимание на те свойства информации, которые ей наиболее важны. В рамках нашего рассмотрения наиболее важными являются такие свойства, как дуализм, полнота, достоверность, адекватность, доступность, актуальность. Рассмотрим их подробнее.
Полнота информации характеризует степень достаточности данных для принятия решения или создания новых данных на основе имеющихся. Неполный набор данных оставляет большую долю неопределенности, т.е. большое число вариантов выбора, а это потребует применения дополнительных методов, например, экспертных оценок, бросание жребия и т.п. Избыточный набор данных затрудняет доступ к нужным данным, создает повышенный информационный шум, что также вызывает необходимость дополнительных методов, например, фильтрацию, сортировку. И неполный и избыточный наборы затрудняют получение информации и принятие адекватного решения.
Адекватность информации выражает степень соответствия создаваемого с помощью информации образа реальному объекту, процессу, явлению. Полная адекватность достигается редко, так как обычно приходится работать с не самым полным набором данных, Т.е. присутствует неопределенность, затрудняющая принятие адекватного решения. Получение адекватной информации также затрудняется при недоступности адекватных методов.
Актуальность информации. Информация существует во времени, так как существуют во времени все информационные процессы. Информация, актуальная сегодня, может стать совершенно ненужной по истечении некоторого времени. Например, программа телепередач на нынешнюю неделю будет не актуальна для многих телезрителей на следующей неделе.
Понятие количества информации
Свойство полноты информации негласно предполагает, что имеется возможность измерять количество информации. Какое количество информации содержится в данной книге, какое количество информации в популярной песенке? Что содержит больше информации: роман «Война и мир» или сообщение, полученное в письме от товарища? Ответы на подобные вопросы не просты и не однозначны, так как во всякой информации присутствует субъективная компонента. А возможно ли вообще объективно измерить количество информации? Важнейшим результатом теории информации является вывод о том, что в определенных, весьма широких условиях, можно, пренебрегая качественными особенностями информации, выразить ее количество числом, а следовательно, сравнивать количество информации, содержащейся в различных группах данных.
Количеством информации называют числовую характеристику информации, отражающую ту степень неопределенности, которая исчезает после получения информации.
Приведенный пример показывает, что понятия «информация», «неопределенность», «возможность выбора» тесно связаны. Получаемая информация уменьшает число возможных вариантов выбора (т.е. неопределенность), а полная информация не оставляет вариантов вообще.
За единицу информации принимается один бит (англ. bit – binary digit – двоичная цифра). Это количество информации, при котором неопределенность, т.е. количество вариантов выбора, уменьшается вдвое или, другими словами, это ответ на вопрос, требующий односложного разрешения – да или нет.
Широко используются еще более крупные производные единицы информации:
1 Килобайт (Кбайт) = 1024 байт = 210 байт,
1 Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт = 220 байт, 1 Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 230 байт,
1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт = 240 байт.
За единицу информации можно было выбрать количество информации, необходимое для различения, например, десяти равновероятных сообщений. Это будет не двоичная (бит), а десятичная (дит) единица информации. Но данная единица используется редко в компьютерной технике, что связано с аппаратными особенностями компьютеров.
Информационные процессы
Получение информации тесно связано с информационными процессами, поэтому имеет смысл рассмотреть отдельно их виды.
Сбор данных – это деятельность субъекта по накоплению данных с целью обеспечения достаточной полноты. Соединяясь с адекватными методами, данные рождают информацию, способную помочь в принятии решения. Например, интересуясь ценой товара, его потребительскими свойствами, мы собираем информацию для того, чтобы принять решение: покупать или не покупать его.
Передача данных – это процесс обмена данными. Предполагается, что существует источник информации, канал связи, приемник информации, и между ними приняты соглашения о порядке обмена данными, эти соглашения называются протоколами обмена. Например, в обычной беседе между двумя людьми негласно принимается соглашение, не перебивать друг друга во время разговора.
Предмет и структура информатики
Информатика – это наука, изучающая:
Третья составляющая информатики – программное обеспечение – неоднородна и имеет сложную структуру, включающую несколько уровней: системный, служебный, инструментальный, прикладной.
На низшем уровне находятся комплексы программ, осуществляющих интерфейсные функции, (посреднические между человеком и компьютером, аппаратным и программным обеспечением, между одновременно работающими программами), т.е. распределения различных ресурсов компьютера. Программы этого уровня называются системными. Любые пользовательские программы запускаются под управлением системных программ, называемых операционными системами.
Инструментальное программное обеспечение представляет комплекс программ для создания других программ. Процесс создания новых программ на языке машинных команд очень сложен и кропотлив, поэтому он низкопроизводителен. На практике большинство программ составляется на формальных языках программирования, которые более близки к математическому, следовательно, проще и производительней в работе, а перевод программ на язык машинных кодов осуществляет компьютер посредством инструментального программного обеспечения. Программы инструментального программного обеспечения управляются системными программами, поэтому они относятся к более высокому уровню.
Информационный процесс, понятие
Определение информационного процесса
Информационный процесс — процесс получения, создания, сбора, обработки, накопления, хранения, поиска, распространения и использования информации. [1]. Люди знакомые с информатикой, конечно же, знают этот термин, да и не только они. Вполне можно утверждать, что информационные процессы являются основой той жизни, которую мы знаем. В этой статье представлены основные алгоритма информационного процесса, различные формы его исполнения.
Информационный процесс как научное понятие
Любые действия, производимые с информацией, называются информационными процессами. Основную роль тут играют сбор, обработка, создание, сохранение и передача информации. На протяжении всей своей истории человечество развивала эти и другие процессы, а так же смежные отрасли. Одним из основных критериев развития общества было именно совершенствование информационных процессов. Искусство, религия, письменность, шифрование, книгопечатание, авторское право, телеграф, радиоэлектроника, компьютеры, интернет – это лишь основная часть достижений человечества в области работы с информацией.
Нужно отметить, что несмотря на кажущуюся определенность, научном сообществе не прекращаются споры об универсальности самого термина «информация». В частности, «информация» не синоним «данным», хотя в разговорной речи зачастую это и так. «Данные» это интерпретированная, обработанная и зарегистрированная в понятном виде информация, продукт информационного процесса [2]. То есть, информация это ресурс, данные это конечный, обработанный продукт прошедший обработку информационным процессом. Но как и любой продукт, данные потребляются для получения какого-то результата. В самом простом виде, можно представить такую схему:
| ИСТОЧНИК | ИНФОРМАЦИЯ | ПРИЕМНИК/ОБРАБОТЧИК | ДАННЫЕ |
| Звезда ХХХ | Световые, радио и прочие волны | Телескоп и ЭВМ | Температура, яркость, размер, дальность и т.д. |
| Иностранец | Речь на непонятном языке | Переводчик | Речь на понятном языке |
Информационные процессы присущи всем биологическим организмам на планете, от простейших до человека. Но человек создал вычислительные системы и специфические каналы информации, которые породили особый их вид — информатику. Несмотря на единую схему алгоритма информационного процесса, как в природе, так и в информатике, они достаточно сильно различаются по своей сути. И различия, в первую очередь, в интерпретации.
В частности, если поместить в комнату человека, собаку, змею, цветок и через громкоговоритель дать голосовой сигнал, реакция у всех будет принципиально разная, а значит из одной и той же информации, каждый обработчик выдаст совершенно разные данные. В частности собака и змея обе способны слышать, но если собака хоть как-то может понимать команды человека, то змея на это неспособна. Цветок вообще не сможет даже воспринять звуковой сигнал, хотя в принципе он способен получать и обрабатывать информацию — некоторые растения могут даже двигаться вслед за солнцем или если их потревожить. Итак, следующей схемой является возможность интерпретации:
| ВОСПРИЯТИЕ | ИНТЕРПРЕТАЦИЯ | ЭФФЕКТ | |
| Человек | Да | Да | Полный |
| Собака | Да | Да | Частичный |
| Змея | Да | Нет | Нет |
| Растение | Нет | Нет | Нет |
Основные элементы информационного процесса
Информационный процесс – это последовательные действия выстроенные в алгоритм, совершаемые с информацией, представленной в любом виде (цифровые/аналоговые данные, слухи, теории, факты, наблюдения и т.п.) для достижения некой цели (любой). Данный алгоритм состоит из ряда шагов, которые могут значительно отличаться в той или иной ситуации, но общая концепция выглядит следующим образом:
Основные виды информационных процессов
Сбор информации. Нахождение и сбор первичной информации, извлечение ее из ее «среды». Иногда, возможно даже без конкретной итоговой цели. Полученная в итоге сбора информация может быть использована различными обработчиками с различной целью. Так археологи, ведущие раскопки собирают все найденные ими предметы, которые покажутся им интересными, но лишь после тщательного анализа они превратятся в какие-то научные данные, причем итог анализа может оказаться совершенно неожиданным, а так же кроме осколков древних кувшинов могут быть обнаружены залежи полезных ископаемых.
Поиск информации. Нахождение более-менее конкретной информации по определенному вопросу с конкретной целью из конкретных источников. При этом поиск происходит среди ранее кем-то собранной и возможно обработанной информации, а не из «среды». Для поиска в основном используются различные базы данных (места хранения информации), например вопрос к поисковой сети «как варить борщ».
Обработка информации. Совокупность действий направленных на то или иное преобразование исходной информации в новую. Вероятно самый важный и сложный информационный процесс. Хотя, иногда в обществе может быть сложно отличить его от других, например от представления информации, но у обработки информации всегда есть задача добиться чего-то нового от уже существующей информации, фактически создать новый информационный объект. Писатель, записывающий свои мысли на бумагу фактически ведет представление информации, но вот обработка прошла в его мозгу чуть раньше — из собственных знаний, опыта и эмоций он создал слова, которые в итоге представил в виде текста.
Представление информации. Изменение исходной информации в вид удобный и актуальный для ее использования в текущей ситуации. Наиболее часто встречается в информатике — в памяти компьютера вся информация храниться в виде двоичного кода, но пользователю представляется в виде графических данных и звуков. Но и человек очень часто представляет информацию, например, в виде составления картотек из разрозненных документов, переводя иностранные тексты или играя музыку по нотам на бумаге.
Хранение информации. Возможно, наиболее широко используемый вид информационного процесса. Так или иначе, все биологические объекты хранят информацию, хотя бы в виде генома. Хранение информации разделяется на два основных вида — долговременное и кратковременное. Предназначены они, само собой для совершенно разных целей. Под хранение информации может подходить только те действия, которые в итоге должны приводить к повторному использованию сохраненной информации.
Передача информации. Доставка информации от источника к потребителю без фактического участия передающего в каких-либо других частях информационного процесса. В качестве передатчика может выступать совершенно любой объект, как биологический (гонец с депешей, собака лающая на чужого во дворе), так и любые физические носители или ретрансляторы (книга, радиопередатчик, флеш-карта). Передача информации не всегда тождественна коммуникациям, в виду того что здесь передающий объект выступает лишь инструментом.
Защита информации. Любые действия, использующие какие-то дополнительные средства для защиты информации от использования другой стороной. Защита информации актуальна лишь в сложных информационных системах со многими участниками, в виду туго, что она нужна исключительно для того чтобы не дать нежелательному элементу воспользоваться некой информацией. Фактически единственный способ защиты информации это шифрование того или иного рода. Скрывание информации было бы неверно называть способом ее защиты, так как сокрытая информация и не требует защиты, ибо не участвует ни в каком процессе.
Использование информации. Самый объемный информационный процесс. Являет собой обоснованное принятие решений в разных видах человеческой деятельности в самом широком смысле.
