Тема1. Інформація. Інформатика

Поняття інформації. Інформатика

У процесі науково-практичної діяльності людство виділило такі узагальнені абстрактні поняття, як речовина (матерія), енергія та інформація.

Термін «інформація» походить від латинського informatio, що означає пояснення, ви­клад, тлумачення. Поняття «інформація» багатозначне, належить до первісних понять інформа­тики. Строгого означення йому не дають, але характеризують його, перераховуючи властивості інформації.

Властивості інформації:

1)  Об'єктивність. Інформація — відображення зовнішнього світу, а він існує незалеж­
но від нашої свідомості, знань, думок та суджень про нього;

2)  Достовірність. Інформація є достовірною, якщо вона відображає істинний стан
справ. На основі достовірної інформації можуть прийматися правильні рішення;

3)  Повнота. Інформацію можна назвати повною, якщо її достатньо для розуміння ситу­
ації та прийняття рішення.

4)  Актуальність інформації— важливість, істотність для даного часу;

5)  Корисність. Ступінь корисності інформації залежить від потреб конкретних людей і
від тих задач, які за допомогою отриманої інформації можна розв'язати.

6).Зрозумілість. Інформація є зрозумілою, якщо при її отриманні не виникає додаткових запитань.

Отже, інформація — це відомості, знання, які ми отримуємо із зовнішнього світу або які передаються від одного об'єкта до іншого (об'єктом може бути живий організм або технічний пристрій).

Характерні риси інформації:

1)   Інформація — це нематеріальна субстанція, але передається вона за допомогою
матеріальних носіїв — знаків і сигналів — або за допомогою фізичних процесів, які
змінюються з перебігом часу;

2)   Інформація залежить не тільки від самих знаків та сигналів, але від їх взаємного роз-­
ташування;

3)   Якщо з однієї точки простору інформація передається в іншу, то в початковій точці
вона не зникає;

4)   Інформація є зрозумілою лише для того, хто здатний її розпізнати.

У широкому розумінні інформація — це відображення реального (матеріального світу) у вигляді знаків та сигналів.

Інформація, що зберігається, передасться та опрацьовується в різних системах, є об'єктом вивчення інформатики. Інформатика — це наука, яка вивчає структуру і властиво­сті інформації, а також закономірності та методи подання, пошуку, зберігання, обробки та пе­редачі інформації за допомогою комп'ютерних систем. Інформатика — прикладна наука, яка озброює методами досліджень інші предметні галузі. Вона виникла на базі кібернетики і своїм становленням зобов'язана появі в середині XX ст. ЕОМ (електронно-обчислювальних машин).

Матеріальними носіями інформації є знаки, сигнали або фізичні процеси, які змінюють з часом. Якщо інформація передається за допомогою азбуки Морзе, то знаками, які при цьому використовуються, є крапка і тире. Прикладом передачі інформації за допомогою сигналів може бути береговий маяк, який своїми світловими сигналами передає інформацію (вказівки) кораблям, які підпливають до гавані. Під час спілкування по телефону звукова інформація передається до абонента по лінії зв'язку за допомогою коливань електричного струму, які відтворюють звукові коливання.

Будь-якого виду інформація передається за допомогою конкретних повідомлень. Повідомлення, як і інформація, належать до основних, неозначуваних понять інформатики. Повідомлення формуються як послідовності знаків, сигналів.

Відповідність між повідомленням та інформацією не є взаємно однозначною. Одну й саму інформацію можна передати за допомогою різних повідомлень, наприклад, різними мовами чи додаванням несуттєвого повідомлення, що не несе ніякої додаткової інформації. З іншо боку, одне й те саме повідомлення може сприйматися по-різному, тобто може передавати різну інформацію. Наприклад, різні люди, читаючи статтю англійською мовою, отримують різну інформацію залежно від рівня володіння цією мовою.

За формою подання можна виділити наступні види інформації:

1)   текстова — інформація, яка міститься в усій друкованій літературі або відображаєся технічними пристроями у вигляді текстів;

2)   графічна — картини, малюнки, графіки, діаграми, схеми (а також відеоінформація);

3)   звукова інформація — усне мовлення, музичні мелодії, шумові ефекти;

4)   чисельна — набори числових даних;

5)   керуюча — вказівки, команди, накази, які передаються певним виконавцям (виконавцями команд можуть бути живі істоти та технічні пристрої такі, як роботи, комп'ютери).

6)   комбінована (або мультимедійна) – це інформація, що утворюється як комбінація об’єктівпопередніх видів. Прикладом такої інформації є Web-сторінки в Інтернеті.

Інформація кожного виду подається в пам’яті обчислювальних машин за допомогою числових кодів, які на фізичному рівні машин зберігаються у двійковому вигляді.

Кодування — це процес заміни знаків одного набору знаками іншого набору при збереженні змісту тієї інформації, яка за допомогою цих знаків подається. Якщо кодування здійснюється за допомогою двох елементів (наприклад, + і -, 0 і 1), то таке кодування називається двійковим. Двійкове кодування інформації для подання її в пам'яті обчислювальних машин здійснюється за допомогою цифр 0 і 1 двійкової системи числення. Подання інформації за допомогою двійкових кодів технічно виявилося зручним тому, що двом знакам, які для цього використовуються, можуть відповідати два різні фізичні стани: намагнічена або розмагнічена елементарна ділянка на поверхні магнітного диска, тече через провідник струм або ні.

Кодування текстової інформації. Сукупність усіх символів, за допомогою яких здійс­нюється спілкування з комп'ютером, утворює кодову таблицю. Однією з найбільш відомих ко­дових таблиць є таблиця ASCIІ (American Standard Code for Information Interchange), яка для кодування кожного символа використовує 8 розрядів. Вона міс­тить 256 символів, бо можна закодувати 2^8=256 символів. Символи в кодових таблицях нумеруються числами, і ці номери називаються кодами символів.

Тексти слід розглядати як послідовності символів, і текстова інформація в пам'яті обчислюва­льних машин подасться у вигляді послідовності числових кодів тих символів, з яких вона складається.

Кодування графічної інформації. Графічна інформація, яку можуть опрацьовувати об­числювальні машини, є дискретною. Графічні зображення на екранах моніторів формуються шляхом підсвічення усіх точок екрану в певні кольори. Елементом графічного зображення є то­чка, або піксель (Picture Element). У практиці використовують таблиці, які містять 16, 256, 65536, понад 4 млн. і більшу кількість кольорів.

Поширеним підходом для кодування графічних зображень є занесення в пам ять обчис­лювальних машин кодів кольорів тих точок, з яких воно складається, причому в такій послідо­вності, в якій ці точки підсвічуються на екрані (в кожному рядочку зліва направо, рядочки під­свічуються зверху вниз). На основі цього завжди можна підрахувати, який об'єм пам'яті потрібний для збереження графічного зображення. Часто графічна інформація під час кодуван­ня за допомогою певних алгоритмів стискується.

Кодування чисельної інформації. Двійкові коди цілих чисел будуються шляхом пере­ведення їх у двійкову систему числення.

Для запам'ятовування цілих чисел виділяється певна кількість байт (часто 2), які нази­ваються машинними словами і в які будуть заноситися їх двійкові коди. Крайній лівий біт ма­шинного слова виділяється для кодування знаку числа. Решта бітів займає двійкове подання числа без знаку, яке при потребі доповнюється незначущими нулями до потрібної довжини.

Дійсні числа можуть бути подані у формі з фіксованою або плаваючою крапками. При кодуванні дійсних чисел з фіксованою крапкою один розряд (крайній лівий) виділяється для запам'ятовування знаку числа, а решта розрядів поділені на дві частини: в одну з них заносить­ся код цілої частини, а в іншу — код дробової.

Перед кодуванням дійсні числа у формі з плаваючою крапкою зводять до стандартного нормалізованого виду: mEp, де m — мантиса числа (0<m<1), р — порядок числа (цей запис означає: m*10^p). Машинне слово такого числа містить два знакові біти: один — для знаку мантиси, а другий — для знаку порядку. Решта бітів ділиться на дві частини, в одну частину поміщається код порядку, а в іншу — код мантиси. Кількість бітів, які виділяються для мантиси та порядку, залежить від ти­пу обчислювальної машини та програмних засобів, які на ній використовуються.

Кодування звукової інформації. За своєю фізичною природою звук, який сприймається органами слуху людини, — це звукові хвилі, які поширюються у пружному середовищі. Мате­матично такі хвилі описуються рівностями, до складу яких входять такі визначальні числові величини, як частота коливань, амплітуда, фаза зміщення. А це є числа, які кодуються за зага­льноприйнятими правилами.

Кодування керуючої інформації. Керуюча інформація призначена дня сприйняття її деяким виконавцем. Якщо виконавцем є технічний пристрій, то він володіє певною системою команд, які можна подавати на його вхід. Якщо виконавцем команд є мікропроцесорна техніка (калькулятори, комп'ютери), то систему команд таких виконавців утворюють команди їх процесорів. Для комп'ютерів ці команди утворюють мову машинних команд. Керуюча інфор­мація в такому випадку записується у вигляді відповідних програм.

Систему команд кожного виконавця можна подати у вигляді таблиці, де кожній команді відповідає свій номер, який називається кодом команди. Під час кодування керуючої інформації записується послідовність кодів тих команд, з яких вона складається.