Понятие информации. Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации



Оглавление

I. Понятие информации. Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации

1.1. Основные понятия информатики

Информатика– научная дисциплина, изучающая вопросы, связанные с поиском, сбором, хранением, преобразованием информации в самых разных сферах человеческой деятельности.

Генетически информатика связана с вычислительной техникой, компьютерными системами и сетями, так как именно компьютеры позволяют порождать, хранить и автоматически перерабатывать информацию в таких количествах, что научный подход к информационным процессам становится одновременно необходимым и возможным.

В качестве источников информатики можно назвать две науки –документалистику икибернетику.

Документалистика сформировалась в конце 19 века в связи с бурным развитием производственных отношений. Ее расцвет пришелся на 20-30 годы 20 века, а основным предметом стало изучение  рациональных средств и методов повышения эффективности документооборота.

После второй мировой войны возникла и начала бурно развиваться кибернетика.

Кибернетика – это наука об общих принципах управления в живых и искусственных системах: технических, биологических, социальных и др.

Рождение кибернетики принято связывать с опубликованием в 1948 году американским математикомНорбертом Винером книги «Кибернетика или управление и связь в животном и машине». В этой книге были показаны пути создания общей теории управления и заложены основы методов рассмотрения проблем управления и связи для различных систем с единой точки зрения. Сам термин «кибернетика» происходит от греческого словаkiberneticos – искусный в управлении.

Развиваясь одновременно с развитием электронно-вычислительных машин (ЭВМ), кибернетика со временем превращалась  в более общую науку о преобразовании информации.

Вслед за термином “кибернетика” в мировой науке стало использоваться англязычное –Computerscience наука о компьютерной технике.

Позднее в 70-х годах французы ввели терминinformatique, образованный путем слиянияinformation (информация) иautomatique (автоматика), и обозначающий – наука об автоматической обработке информации.

Главная функция информатики – разработка методов и средств преобразования информации и их использования в организации технологического процесса переработки информации.

Задачи информатики:

  • Исследование  информационных процессов любой природы.
  • Разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации на базе полученных результатов исследования информационных процессов.
  • Решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.

1.2. Информация. Информационные процессы

Термин “информация” происходит от латинского informatio, что означает разъяснение, осведомление, изложение

Понятиеинформация является одним из фундаментальных в современной науке вообще и базовым для информатики. Информацию наряду с веществом и энергией рассматривают в качестве важнейшей сущности мира, в котором мы живем. Однако если задаться целью формально определить понятие «информация», то сделать это будет чрезвычайно сложно. Аналогичными «неопределяемыми» понятиями, например, в математике является «точка» или «прямая». Так, можно сделать некоторые утверждения, связанные с этими математическими понятиями, но сами они не могут быть определены с помощью более элементарных понятий.

В широком смысле информация – это общенаучное понятие, включающее в себя обмен сведениями между людьми, обмен сигналами между живой и неживой природой, людьми и устройствами.

Информация – сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают степень неопределенности, неполноты имеющихся о них знаний.

Одной из важнейших разновидностей информации является информация экономическая. Ее отличительная черта – связь с процессами управления коллективами людей, организацией. Экономическая информация сопровождает процессы производства, распределения, обмена и потребления материальных благ и услуг.

Экономическая информация – совокупность сведений, отражающих социально-экономические процессы и служащих для управления этими процессами и коллективами людей в производственной и непроизводственной сфере.

С понятием информация связаны такие понятия, каксообщение, сигнал, данные.

Сообщение– это информация, передаваемая в определенной форме представления.

Примерами сообщений являются музыкальное произведение; телепередача; команды регулировщика на перекрестке; текст, распечатанный на принтере; данные, полученные в результате работы составленной вами программы и т.д.

Можно привести следующуюклассификацию форм представления информации человеком:

  • Текст на естественном языке в устной или письменной форме.
  • Графическая форма: рисунки, схемы, чертежи, карты, графики, диаграммы.
  • Символы формального языка: числа, математические формулы, ноты, химические формулы и пр.

Одно и то же информационное сообщение (статья в газете, объявление, письмо, телеграмма, справка, рассказ, чертёж, радиопередача и т.п.) может содержать разное количество информации для разных людей — в зависимости от их предшествующих знаний, от уровня понимания этого сообщения и интереса к нему.

Так, сообщение, составленное на японском языке, не несёт никакой новой информации человеку, не знающему этого языка, но может быть высокоинформативным для человека, владеющего японским. Никакой новой информации не содержит и сообщение, изложенное на знакомом языке, если его содержание непонятно или уже известно.

Информация есть характеристика не сообщения, асоотношения между сообщением и его потребителем. Без наличия потребителя, хотя бы потенциального, говорить об информации бессмысленно.

В случаях, когда говорят об автоматизированной работе с информацией посредством каких-либо технических устройств, обычно в первую очередь интересуются не содержанием сообщения, а тем, сколько символов это сообщение содержит.

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 объём сообщения.

Действия, выполняемые с информацией, называютсяинформационными процессами.

Информационные процессы: поиск, сбор, хранение, передача, обработка, использование, защита и некоторые другие. Среди перечисленных можно выделить три основных типа информационных процессов:хранение, передача, обработка. Остальные информационные процессы в той или иной мере можно отнести к одному из трех типов.

1) Хранение информации. С процессом хранения информации связано понятиеносителя.

Носитель – это среда для записи и хранения информации.

Виды носителей:

  1. вещественные объекты: графитовый, чернильный или иной след на бумаге, дерево, камень, шнур – для хранения информации может использоваться либо количество объектов (щепок, камешков), либо изменение их (зарубки, срезы, узелки), бородка ключа с выемками и бороздками, соответствующими замку, оптический диск с нанесенными  неровностями поверхности и т.д.;
  2. волны и поля различной природы: акустические (звуковые) волны, электромагнитные волны (свет, радиоволны, низкочастотные электромагнитные колебания и др.), электростатический заряд, гравитационное поле (тяготение) и т.д.;
  3. состояние вещества: температура, давление, объем (изменение объема столбика жидкости в термометре дает информацию о температуре), концентрация раствора, уровень намагниченности (участки с разной намагниченностью ферропокрытия магнитных лент и дисков), состояние нервных волокон человеческого мозга и т.д.

2) Обработка информации – это преобразование одного вида информации в другой по строгим формальным правилам.

Примеры такой обработки информации.

  • Получение новой информации из исходной путем выполнения над нею математических и логических операций (вычисление дискриминанта квадратного уравнения и определение наличия его корней в результате сравнения дискриминанта с нулем).
  • Представление информации в различных формах без изменения содержания (текст, записанный на разных языках или в зашифрованном виде).
  • Расположение информации в определенном порядке (сортировка по алфавиту).
  • Поиск информации, удовлетворяющей заданным требованиям, в большом информационном массиве (книги по заданной теме в библиотеке, номер авиарейса в нужном направлении в подходящее время).

3) Передача информация осуществляется в видесообщений от некоторогоисточника информации к еёприёмнику посредствомканала связи между ними. Так, при передаче речевого сообщения в качестве такого канала связи можно рассматривать воздух, в котором распространяются звуковые волны, а в случае передачи письменного сообщения (например, текста, распечатанного на принтере) каналом сообщения можно считать лист бумаги, на котором напечатан текст.

Передача информации по каналам связи часто сопровождается воздействиемпомех, вызывающих искажение и потерю информации, в этом случае предусматриваютзащиту от помех.

Сигналспособ передачи информации.Он представляет собой физический процесс, имеющий информационное значение.

Источник посылаетпередаваемое сообщение, котороекодируется в передаваемый сигнал. Этот сигнал посылается поканалу связи. В результате в приёмнике появляетсяпринимаемый сигнал, которыйдекодируется и становитсяпринимаемым сообщением.

С позиции информатики ей важен факт регистрации сигналов. Результат регистрации сигналов информатика рассматривает как данные.

Таким образом, в информатикеданныеэто зарегистрированные сигналы.

Данные– это информация, представленная в формализованном виде и предназначенная для обработки ее техническими средствами, например, ЭВМ.

1.3. Свойства и виды информации

Для потребителя информации очень важны следующие ее свойства:

Достаточность(полнота) информации означает, что она содержит минимальный, но достаточный для принятия правильного решения состав (набор показателей).

Доступность информации восприятию пользователя обеспечивается выполнением соответствующих процедур ее получения и преобразования. Например, в информационной системе информация преобразовывается к доступной и удобной для восприятия пользователя форме.

Актуальность информации определяется степенью сохранения ценности информации для управления в момент ее использования и зависит от динамики изменения ее характеристик и от интервала времени, прошедшего с момента возникновения данной информации.

Своевременность информации означает ее поступление не позже заранее назначенного момента времени, согласованного со временем решения поставленной задачи.

Точность информации определяется степенью близости получаемой информации к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т.п.

Достоверность информации определяется ее свойством отражать реально существующие объекты с необходимой точностью. Измеряется достоверность информации доверительной вероятностью необходимой точности, т.е. вероятностью того, что отображаемое информацией значение параметра отличается от истинного значения этого параметра в пределах необходимой точности.

Устойчивостьинформации отражает ее способность реагировать на изменения исходных данных без нарушения необходимой точности.

Также можно отметить такие свойства какобъективность, полезность (ценность), понятность, адекватность.

Классифицировать информацию можно по разным признакам.

По способу восприятия:

  1. зрительная (визуальная) – воспринимаемая с помощью глаз;
  2. звуковая (аудиальная) – воспринимаемая на слух;
  3. тактильная – воспринимаемая с помощью осязания, на ощупь;
  4. вкусовая – восприятие вкусовых ощущений;
  5. обонятельная – восприятие запахов.

По форме представления:

  1. текстовая;
  2. числовая ;
  3. графическая;
  4. звуковая.

По месту возникновения:

  1. входная – информация, поступающая в фирму или ее подразделения;
  2. выходная – информация, поступающая из фирмы в другую фирму, организацию (подразделение);
  3. внутренняя – информация возникает внутри объекта;
  4. внешняя – информация за пределами объекта.

Пример: содержание указа правительства об изменении уровня взимаемых налогов для фирмы является, с одной стороны, внешней информацией, с другой стороны – входной. Сведения фирмы в налоговую инспекцию о размере отчислений в госбюджет являются, с одной стороны, выходной информацией, с другой стороны – внешней по отношению к налоговой инспекции.

По стадии обработки:

  1. первичная – информация, которая возникает непосредственно в процессе деятельности объекта и регистрируется на начальной стадии;
  2. вторичная – информация, которая получается в результате обработки первичной информации и может быть промежуточной и результативной;
  3. промежуточная информация используется в качестве исходных данных для последующих расчетов;
  4. результативная информация получается в процессе обработки первичной и промежуточной информации и используется для выработки управленческих решений.

По стабильности:

  1. переменная информация отражает фактические количественные и качественные характеристики производственно-хозяйственной деятельности фирмы; она может меняться для каждого случая как по назначению, так и по количеству, например, количество произведенной продукции за смену, еженедельные затраты на доставку сырья и т.п.;
  2. постоянная (условно-постоянная) – это неизменяемая и многократно используемая в течении длительного периода времени информация. Она делиться на справочную (номер цеха, табельный номер сотрудника), нормативную (размер налога на прибыль, размер минимальной оплаты труда) и плановую (план подготовки специалистов, план выпуска продукции).

По функциям управления обычно классифицируютэкономическую информацию:

  1. плановая – информация о параметрах объекта управления на будущий период (план выпуска продукции, ожидаемый спрос на продукцию);
  2. нормативно-справочная информация содержит нормативные и справочные данные (оклад служащего, адрес поставщика или покупателя, среднедневная оплата рабочего по разряду);
  3. учетная – информация, которая характеризует деятельность фирмы за определенный прошлый период времени (количество проданной продукции за определенный период времени);
  4. оперативная (текущая) – информация, используемая в оперативном управлении и характеризующая производственные процессы в текущий (данный) период времени (количество изготовленных деталей за час, смену; объем сырья от поставщика на начало рабочего дня).

II. Технические средства реализации информационных процессов

2.1. История развития вычислительной техники

Вычислительная машина - это техническое устройство обработки информации. Кроме обработки информации, вычислительная машина выполняет функции ввода, хранения и вывода информации. В развитии вычислительной техники отмечают предысторию и четыре поколения ЭВМ.

Предыстория начинается в древности с пальцевого счета и различных счетных инструментов (абак, счеты и пр.). Первая счетная машина (1642 г., французский математик Блез Паскаль). Затем (1673 г.) - немецкий математик Лейбниц (выполняла все четыре арифметических действия). Идея программно-управляемой счетной машины (1822 г., английский математик Чарльз Бэббидж).

1 поколение ЭВМ (с 1946 г.). Элементная база - электронные лампы. 10-20 тысяч операций в секунду. Программное обеспечение - машинные языки. Область применения - расчетные задачи. Примеры: ЭНИАК и ЭДВАК – США, МЭСМ - СССР.

2 поколение ЭВМ (60-е годы). Элементная база - полупроводниковые элементы. 100-150 тысяч операций в секунду. Программное обеспечение - алгоритмические языки, диспетчерские системы. Область применения - инженерные, научные, экономические задачи. Примеры: IBM 701 – США, БЭСМ-4, БЭСМ-6 – СССР.

3 поколение ЭВМ (70-е годы). Элементная база - интегральные микросхемы. 1млн. операций в секунду. Программное обеспечение: +операционные системы. Область применения - научно-технические задачи, автоматизированные системы управления (АСУ), системы автоматизированного проектирования (САПР). Примеры: IBM 360/370 - США, ЕС 1030, 1060 - СССР.

4 поколение ЭВМ. Элементная база - большие интегральные схемы (БИС). Десятки и сотни миллионов операций в секунду. Развитие прикладного программного обеспечения. Появление персональных компьютеров. Область применения - управление, создание автоматизированных рабочих мест, организация хранения больших массивов данных и удобного доступа к ним, развитие систем телекоммуникаций.

5 поколение ЭВМ. Должны разрабатываться иные по стилю обработки информации и взаимодействию с пользователем поколение машин.

Если раньше человек тщательно формулировал машине последовательность действий (программу), то теперь машина должна самостоятельно по поставленной перед ней цели составить план действий и выполнить их. Такой способ решения задач называется логическим программированием. Планируется вести общение с машиной на естественном языке. В совершенствовании будущих машин видны два пути:

На физическом уровне – это использование совершенно иных физических принципов построения узлов ЭВМ – на основе оптоэлектроники – использующей оптические свойства материалов, на базе которых создаются процессор и оперативная память и криогенной электроники использующей сверхпроводимость при очень низких температурах.

На уровне совершенствования интеллектуальных способностей – создание систем искусственного интеллекта.

2.2. Архитектура ЭВМ

Архитектура ЭВМ – общее описание её структуры и функций, достаточное для понимания принципов работы и системы команд ЭВМ, но скрывающее детали её технического и физического устройства.

Персональный компьютер – это настольная или переносная ЭВМ, удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности применения.

Структура компьютера это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.

Функциикомпьютера можно разделить на основные и дополнительные.

Основные функции определяют его назначение: обработка и хранение информации, обмен информацией с внешними объектами.

Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций: обеспечивают режимы ее работы, диалог с пользователем, высокую надежность и др. Названные функции ПК реализуются с помощью ее компонентов: аппаратных и программных.

Классическая архитектура ЭВМ

Основы учения об архитектуре ЭВМ заложил выдающийся американский математикДжон фон Нейман. В 1945 г. Джон фон Нейман подготовил доклад. Доклад был разослан многим ученым и получил широкую известность, поскольку в нем Джон фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров.

Основные из них:

Схема классической архитектуры компьютера («фон-неймановская архитектура»)

Разработанные Джоном фон Нейманом основы архитектуры вычислительных устройств оказались настолько фундаментальны, что получили название «фон-неймановской архитектуры». Основными блоками по Нейману являются (см. рис. 2): устройство управления УУ, АЛУ, память (внутренняя и внешняя), устройства ввода и вывода. Устройство управления и арифметически-логическое устройство обычно объединяются в одно, называемое центральным процессором.

Процессор – центральный блок компьютера, предназначенный для обработки информации и управления работой компьютера в целом. Конструктивно процессор представляет собой микросхему (или блок микросхем). Микросхема (интегральная схема) – сложная электронная схема, образованная большим количеством электронных элементов, сформированных на поверхности кристалла кремния (или другого полупроводника).

В его составе два основных устройства: арифметико-логическое устройство (предназначено для обработки информации, выполнения арифметических и логических операций над данными); устройство управления – управляет работой компьютера (формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные управляющие сигналы).

Память

Основное предназначение памяти – хранение информации. Различают внутреннюю и внешнюю память компьютера.

Внутренняя память реализуется в виде микросхем. Высокая скорость обмена сигналами с процессором, что обеспечивает быстрый доступ к хранимой информации. Ёмкость внутренней памяти невелика в сравнении с ёмкостью внешних носителей информации. В составе внутренней памяти выделяют оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). ОЗУ предназначена для хранения информации, с которой компьютер работает в данный момент. Зависит от источника питания, содержимое исчезает при его отключении. ПЗУ предназначено для хранения информации, к которой необходим быстрый доступ, но нет возможности с каждым новым включением загружать ее в ОЗУ. Такая информация записывается в ПЗУ в заводских условиях и в дальнейшем может быть только прочитана.

Внешняя память. К ней относятся накопители на магнитных и оптических дисках вместе с носителями информации, электронные устройства внешней памяти – флэш-память. Их функция – обеспечить чтение и запись информации на внешние носители. Если накопитель работает с дисками, то его называют дисководом. Например, дисковод жестких дисков, дисковод гибких дисков, дисковод компакт-дисков.

Внешние устройства

Внешние устройства ПК (устройства ввода, вывода и обмена данными) предназначены для обмена информацией между компьютером и окружающим миром.

Устройства ввода: клавиатура, манипуляторы (мышь, джойстик, трекбол), сканеры, видеокамеры, датчики измерительных приборов и т.д.

Устройства вывода: монитор, принтер, графопостроитель, исполнительные механизмы, синтезаторы звука и речи и др.

Устройства обмена информацией выполняют одновременно и функцию ввода, и функцию вывода. К ним относится модем.

Магистрально-модульная или шинная архитектура компьютера

С развитием техники классическая архитектура Неймана не могла не претерпеть определенных прогрессивных изменений.

Переход от транзисторов к интегральным схемам создали предпосылки для существенного роста быстродействия процессора. Возникло противоречие между высокой скоростью обработки информации внутри машины и медленной работой устройств ввода-вывода, в большинстве своем содержащих механические движущиеся части. Процессор, руководивший работой внешних устройств, значительную часть времени был вынужден простаивать в ожидании информации «из внешнего мира», что снижало эффективность работы всей ЭВМ в целом.

Для решения этой проблемы возникла тенденция к освобождению центрального процессора от функций обмена и к передаче их специальным электронным схемам – контроллерам.

Контроллеры можно рассматривать как специализированные процессоры, управляющие работой «вверенных им» внешних устройств, т.е. эти устройства служат для управления внешними устройствами. Каждому внешнему устройству соответствует - свой контроллер. Электронные модули-контроллеры реализуются на отдельных печатных плат а х, вставляемых внутрь системного блока. Такие платы часто называют адаптерами ВУ (от адаптировать - приспосабливать). После получения команды от микропроцессора контроллер функционирует автономно, освобождая микропроцессор от выполнения специфических функций, требуемых для того или другого конкретного ВУ.

Передача данных и управляющих сигналов между всеми устройствами компьютера происходит черезмагистраль (системная шина, общая шина) микропроцессора, включающую шину адреса, двунаправленную шину данных и шину управления. Магистраль – это кабель, состоящий из множества проводов.

Шина адреса используется для передачи адресов ячеек памяти и регистров для обмена информацией с внешними устройствами.

Шина данных обеспечивает передачу обрабатываемой информации между МП, памятью и периферийными устройствами. Шина двунаправленная, т.е. позволяет осуществлять пересылку данных как в прямом, так и в обратном направлении.