Основные сведения об информации

С точки зрения технических и гуманитарных наук существует достаточно много вариантов определения понятия информация. Оноявляется одним из фундаментальных в современной науке и базовым для информатики,многозначно и имеет множество определений, раскрывающих ту или иную грань этого понятия. В зависимости от области знания существуют различные подходы к определению понятия информации. В философском словаре говорится, что информация (лат. information –разъяснение, изложение) – это, во-первых, некоторые сведения, совокупность каких-либо данных, знаний; во-вторых, одно из основных понятий кибернетики. В неживой природе понятие информации связывают с понятием отображения. В быту под информацией понимают сведения, которые нас интересуют, т.е. сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальными устройствами (субъективный подход).

Информация для человека – это знания, которые он получает из различных источников. С помощью всех своих органов чувств человек получает информацию из внешнего мира. В лингвистике под информацией понимают не любые сообщения, а только те из них, которые обладают новизной или полезностью, т.е. учитывается смысл сообщения; в технике – сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов; в теории связи – любую последовательность символов, не учитывая их смысла. В теории информации рассматривают не любые сведения, а те, которые снимают полностью или уменьшают существующую до их получения неопределенность.

Информация по своей физической природе может быть числовой, текстовой, графической, звуковой, видео и др. Она также может быть постоянной (не меняющейся), переменной, случайной, вероятностной. Наибольший интерес представляет переменная информация, так как она позволяет выявлять причинно-следственные связи в процессах и явлениях. Существуют различные способы оценки количества информации. Классическим является подход, использующий формулу К. Шеннона. Применительно к двоичной системе она имеет вид

Н = log ₂ N, (1.1)

где Н – количество информации, несущей представление о состоянии, в котором находится объект; N – количество равновероятных альтер-нативных состояний объекта.

Исходя из особенностей физических элементов, из которых построены узлы, блоки и устройства ЭВМ, еще на заре разработки принципов построения ЭВМ в 1936 году было четко определено, что любая информация, обрабатываемая ЭВМ, может иметь только двоичное представление при помощи цифр «0» и «1». Различные виды информации (числа, тексты, графика, звук, видеоинформация) имеют свои правила кодирования.

До последнего времени практически все системы связи России, системы передачи аудио- и видеоинформации, включая центральное радио и телевидение, строились на принципах передачи аналоговой информации. Это подразумевало выполнение процедур модуляции (преобразование данных в высокочастотные сигналы при передаче) и демодуляции для обратного преобразования и воспроизведения принятых данных.

С развитием микроэлектроники и компьютерных технологий все большее распространение получают цифровые системы передачи данных. В их основу положены процедуры квантования аналоговой информации по времени и величине. Значения функции у =f(t) измеряются с большой точностью в моменты времени 0, t, 2 t,…, n t, (t=const). Эта последовательность дискретных измерений пересылается абоненту, у которого по ним воссоздается значение функции. Качество воспроизведения функции y=f(t) может быть очень высоким.

По скорости изменения обрабатываемых цифровых данных информация может быть условно разделена на два вида: статическую и динамическую. Например, числовая, логическая и символическая информация является статической, так как ее значение не связано со временем. В отличие от перечисленных типов вся аудиоинформация имеет динамический характер. Она существует только в режиме реального времени, ее нельзя остановить для более подробного изучения. Если изменить масштаб времени (увеличить или уменьшить), аудиоинформация искажается. Это свойство иногда используется для получения звуковых эффектов. Видеоинформация может быть как статической, так и динамической. Статическая видеоинформация включает тексты, рисунки, графики, чертежи, трехмерные таблицы и др. Рисунки делятся также на плоские – двумерные и объемные – трехмерные. Динамическая видеоинформация – это видео-, мульт- и слайд-фильмы. Динамическая видеоинформация используется либо для передачи движущихся изображений (анимация), либо для последовательной демонстрации отдельных кадров вывода (слайд-фильмы). Для демонстрации анимационных и слайд-фильмов используются различные принципы. Анимационные фильмы демонстрируются так, чтобы зрительный аппарат человека мог зафиксировать отдельные кадры. В современных высококачественных мониторах и телевизорах с цифровым управлением кадры сменяются до 70 раз в секунду, что позволяет высококачественно передавать движение объектов. При демонстрации слайд-фильмов каждый кадр экспонируется на экране столько времени, сколько необходимо для восприятия его человеком (обычно от 30 сек до 1 мин). Слайд-фильмы можно отнести к статической информации.

Видеоинформация представляется в виде характеристик значений каждой точки – пиксела (picture element), рассматриваемой в качестве наименьшей структурной единицы изображения. Количество высвечиваемых одновременно пикселов на экране дисплея определяется его разрешающей способностью. В качестве характеристик графической информации выступают: координаты точки (пиксела) на экране, цвет пиксела, цвет фона (градация яркости). Вся эта информация хранится в видеопамяти дисплея. При выводе графической информации на печать изображение также воспроизводится по точкам. Изображение может быть представлено и в векторной форме. Тогда оно составляется из отрезков линий (в простейшем случае – прямых), для которых задаются: начальные координаты, угол наклона и длина отрезка (может указываться и код используемой линии). Векторный способ имеет ряд преимуществ перед матричным: изображение легко масштабируется с сохранением формы, является «прозрачным» и может быть наложено на любой фон и т. д. При выводе даже алфавитно-цифровой статической информации на дисплей необходимо представить не просто цифровой код, а соответствующую ему картинку, так как каждый символ имеет свою форму. Описание формы каждого символа хранится в специальной памяти дисплея – знакогенераторе. Высвечивание символа на экране дисплея осуществляется с помощью точек, образующих символьную матрицу. Каждый пиксел в такой матрице является элементом изображения и может быть ярким или темным. Темная точка кодируется цифрой «0», светлая – цифрой «1». Если изображать в матричном поле темные пикселы точкой, а светлые – звездочкой, то можно графически изобразить форму символа. Программы, работающие в операционной среде Windows, применяют совершенно другую кодовую таблицу, поддерживающую векторные шрифты TrueType. В ней отсутствуют все символы псевдографики, так как используется настоящая графика.

Кодирование аудиоинформации – процесс более сложный. Аудиоинформация является аналоговой. Для преобразования ее в цифровую форму используют аппаратные средства: аналого-цифровые преобразователи (АЦП), в результате работы которых аналоговый сигнал оцифровывается – представляется в виде числовой последовательности. Для вывода оцифрованного звука на аудиоустройства необходимо проводить обратное преобразование, которое осуществляется с помощью цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).

Способы представления и преобразования информации в ЭВМ, ее координирование и преобразование имеют важное значение в информационных системах, и в значительной степени зависят от стандартов, используемых в отдельных странах и фирмах, от типов оборудования и других условий. С появлением вычислительных сетей, в которых информация циркулирует между странами и континентами, претерпевая многократные перекодировки, к проблемам внутри машинного представления и идентификации добавились проблемы ее адекватного воспроизведения. Существует множество стандартов представления различных видов информации, используемых в сетях связи, МТК-5, КОИ-7, ДКОИ-8, EBDIC, кодировки DOS, Windows, Западно-европейская и др. Исходя из определения и предназначения ЭВМ, все виды информации, перечисленные в данном параграфе, должны иметь свои собственные правила и способы представления на устройствах ЭВМ. Общими для всех способов внутри машинного представления информации является ее отображение двоичными кодами с использованием цифр двоичной системы счисления «0» и «1». Учитывая тот факт, что для внутри машинного представления всех видов информации используются двоичные коды, вопрос о существующих способах физической реализации одного двоичного разряда можно отнести к одному из крайне значимых и актуальных.