Информация, алгоритм, компьютер

Мир, окружающий человека, является, прежде всего, миром информации, который в сознании человека воплощается в виде информационных моделей.

В процессе восприятия информации человеком происходит проявление ее свойств, таких как:

· объективность – независимость от личного мнения или суждения;

· достоверность – отражение истинного положения дел;

· полнота – достаточность для решения поставленной задачи;

· актуальность – существенность в настоящий момент;

· полезность – возможность решить поставленную задачу;

· понятность – изложение на доступном для получателя языке;

· адекватность – соответствие воспроизводимому информационному объекту с точки зрения принятых критериев и пр.

Само слово «информация» достаточно древнее и происходит от латинского «informatio», что означает сведения, разъяснения, изложение.

К определению термина «информация» имеется несколько различных подходов, в частности:

· в повседневной жизни, говоря о получении информации, мы подразумеваем приобретение новых знаний и называем информативным (несущим информацию) то сообщение, которое является новым и, вместе с тем, понятным;

· при вероятностном подходе информация — это сведения, снимающие некоторую неопределенность, неполноту знаний об объектах и явлениях окружающего мира;

· в технике под информацией понимают сообщения, передаваемые и воспринимаемые различными системами в форме сигналов;

· в кибернетике информация – это характеристика управляющего сигнала, используемая для ориентирования, активного действия, в целях сохранения, совершенствования, развития системы.

С естественнонаучной точки зрения носителями информации могут являться любые объекты и системы материального мира. Всеобщее свойство материи, обеспечивающее передачу информации на всех стадиях ее организации, называется отражением и заключается в воспроизведении, фиксировании того, что принадлежит отражаемому предмету. Отсюда возникает еще одно толкование термина «ин формация» – внедрение в исходную форму, то есть след, отпечаток, впечатление, вкрапление, образ, память о чужой форме.

Материя проявляет себя в виде вещества или в виде поля. Вещество способно хранить информацию, а поля способны быстро переносить на большие расстояния. Предельная скорость распространения поля в вакууме равна скорости света (с ≈ 3×10⁸ м/с). Процесс распространения полей есть волновой (колебательный) процесс. Так, например, электромагнитные волны непосредственно воспринимаются человеческими органами чувств как свет и тепло, а упругие колебания среды, имеющие частоту в пределах от 16 Гц до 20 кГц (1 Гц – одно колебание в секунду) человек воспринимает как звуковую информацию.

Информация передается в виде сообщений или сигналов от ее источника к получателю (приемнику). В зависимости от того, меняются свойства приёмника информации под воздействием источника непрерывно (плавно) или дискретно (скачкообразно), воспринимаемый им сигнал имеет непрерывную или дискретную форму. Непрерывный сигнал может принимать бесконечное множество значений, а количество значений дискретного сигнала ограниченно.

Абсолютное большинство процессов в природе протекают непрерывно (изменение напряжения, температуры, давления, скорости). Непрерывно меняющиеся величины и соответствующие им сигналы называют аналоговыми.

Модели реальных процессов в наших рассуждениях о них часто являются дискретными. Мы фиксируем значение температуры или время, глядя на цифровую шкалу термометра или циферблат часов соответственно и т.п. Поэтому дискретные сигналы называют также цифровыми сигналами. Дискретны все сигнальные (символьные) системы, созданные человеком для обмена информацией, т.е. любая из них использует конечное число возможных значений.

Для получения из непрерывного сигнала его дискретного представления значение сигнала обычно измеряют через равные промежутки времени, и соотносят полученный результат измерения с одним из возможных значений, составляющих дискретное множество (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 – Дискретизация (оцифровка) непрерывного сигнала:
t – время; x (t) – значение сигнала

Зарегистрированные сигналы называют данными. Этот термин часто употребляется, когда речь идет об информации, поступающей в систему в качестве входных параметров (исходные данные). Данными также называют информацию, представленную в виде, позволяющем хранить, передавать или обрабатывать ее с помощью технических средств.

Информацию, содержащую умозаключение, обычно называют знанием. В информатике основными моделями представления знаний являются:

· декларативная модель, в которой знания представлены в виде фактов, характеризующих некоторый объект или отношения между объектами;

· продукционная модель, основана на правилах; она позволяет представить знания в виде предложений типа «Если (условие), То (действие)».

Условно говоря, знания первой группы начинаются словами «Я знаю, что …», а знания второй группы – словами «Я знаю, как …»

На использовании знаний обычно основывается любой процесс решения задачи.

Модель процесса решения задачи, а также информационная модель деятельности часто приобретают форму алгоритма.Иначе, алгоритм - это последовательность действий, которая определяет способ решения некоторой задачи.

Всякий алгоритм имеет смысл разрабатывать в расчете на конкретного (формального) исполнителя. Алгоритм осуществляет управление формальным исполнителем, ведет его от начального к конечному объекту, т.е. играет по отношению к формальному исполнителю роль управляющей системы.

В современном мире основным формальным исполнителем является компьютер. В переводе с английского «computer» означает вычислитель, поэтому компьютеры также называют вычислительными машинами (ВМ).

Основу компьютеров образует аппаратура (технические средства), в английском языке ее обозначают словом Hardware, которое буквально переводится как "твёрдые изделия".

Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ – машинной формы представления алгоритмов. Для обозначения программных средств в английском языке используется слово Software (буквально – "мягкие изделия"). Это слово подчёркивает равную важность программного обеспечения и аппаратуры, а также способность программного обеспечения модифицироваться, приспосабливаться к развитию материальной базы ЭВМ.

1.1.3 Система передачи информации. Качество информации

В информационном процессе один и тот же объект может последовательно выступать в роли приёмника, носителя или источника информации.

Для того чтобы приёмник информации мог воспринять ее от источника, они должны сообщиться (встретиться) в одной точке физического пространства в некотором интервале времени. Отсутствие реакции приёмника на какой-то объект материального мира, не означает того, что этого объекта не существует в материальном мире, а только то, что, либо приемник не чувствителен к проявлениям этого объекта, либо они не сообщаются в пространстве.

Система передачи информации (коммуникация, система связи, система сообщений) – это последовательная цепь сообщений, обеспечивающая передачу информации посредством некоторых ее носителей.

Согласно схеме К. Шеннона, источник посылает передаваемое сообщение, которое кодируется в передаваемый сигнал. Этот сигнал посылается по каналу связи и часто сопровождается воздействием шума (помех), вызывающего искажениеи потерю информации. В результате в приёмнике появляется принимаемый сигнал, который декодируется и становится принимаемым сообщением (рисунок 1.2).

Источник сообщения

Кодирующее устройство

Приемник сообщения

Канал связи

Декодирующее устройство

Защита от шума

Шум

Рисунок 1.2 – Схема передачи информации

Кодом называют совокупность знаков или систему определенных правил, при помощи которых информация может быть представлена в виде набора символов для передачи, обработки, хранения. Например, множество знаков (цифр) {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9} представляет собой алфавит, используемый в качестве основы для кодирования (записи) чисел в десятичной системе. Сигналы светофора образуют основу системы кодирования информации для участников дорожного движения и т.д. Любой способ кодирования характеризуется наличием основы (алфавит, спектр цветности, система координат и пр.) и правил конструирования информационных образов на этой основе.

Одна и та же информация может передаваться с помощью различных кодов, например, на разных языках, с использованием различной символики, шифров, алфавитов. Поэтому для извлечения информации из принимаемого сообщения важно его правильно интерпретировать: понимать язык сообщения, знать способ его кодирования.

О качестве передаваемой или получаемой информации можно говорить в трех аспектах.

Технический аспект характеризует точность, надежность, скорость передачи сигналов, объем данных хранимых в памяти, способы регистрации сигналов. Это характеристики процессов восприятия, хранения, передачи информации.

Прагматический аспект характеризует ценность и полезность информации для получателя. Эти свойства информации обеспечивают эффективность процессов управления и принятия решений.

Семантический аспект характеризует точность передачи смысла сообщений. Осмысленная информация вносит изменения в систему знаний.