Інформація і інформатика

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

«УЖГОРОДСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

МАТЕМАТИЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

«Інформація і інформатика»

 

 

 

 

     Виконала

студентка 2-го курсу

Шелевер О.В

Викладач Мулеса П.П.

 

 

Ужгород – 2015

1. Інформація та інформаційні  процеси;

Інформація є фундаментальним науковим поняттям. Воно є первинним і не має строгого наукового визначення. Особливість цього поняття є його універсальність – воно використовується практично у всіх сферах людської діяльності: природничих науках, філософії, біології, економіці. Разом з тим фундаментальної природничо-наукової дисципліни, яка б займалась природою інформації, не існувало. Фізика, хімія, біологія вивчають властивості інформації, а не її природу. Конкретний смисл поняття “інформація” залежіть від того, в якому контексті воно використовується.

В останні роки інформатика почала формуватись як природничо-наукова дисципліна, однак вона не вийшла ще за межі прикладної технічної науки, тому також не ввела до цих пір строгого поняття інформації. В кращому випадку її розглядають як змістовну частину даних, яка інтерпретується людиною.

Однак наукове визначення інформації дається досить просто, якщо припустити, що інформація – це динамічний об’єкт, не існуючий в природі сам по собі, а той, що утворюється в результаті взаємодії даних та методів. Він існує стільки, скільки триває ця взаємодія, а весь інший час він перебуває у вигляді даних.

Отже, інформація – це продукт взаємодії даних та методів, який розглядається в контексті цієї взаємодії.

Наприклад, книга – це сховище даних. Вона призначена для одержання інформації візуально, шляхом читання. Якщо спробувати різні книжки навпомацки, також можна одержати інформації, хоча напевне не ту, яка передбачалась авторами. Даний приклад пояснює сутність контексту взаємодії даних та методів.

Контекстний метод опрацювання даних – це той метод, який призначений для обробки даних певного типу. Цей метод відомий як тому, хто створює дані, так і тому, хто їх використовує. Для графічних даних контекстним є метод спостереження. Для текстових даних контекстним є метод, оснований на зорові та знання мови тексту. Для даних, що подаються радіохвилями, контекстними є методи перетворення даних за допомогою радіо або телевізійного приймача.

Є свої особливості і для комп’ютерної інформації. Для даних, що подаються в числовій формі і зберігаються у вигляді сигналів, зареєстрованих на магнітних ( або інших) носіях, контекстними є методи апаратні та програмні методи обчислювальної техніки.

З визначення інформації випливає важлива властивість інформації – динамічність. Тобто, інформація існує досить нетривалий термін часу – рівно стільки, скільки триває взаємодія даних та методів під час її створення, споживання та перетворення. Як тільки це ця взаємодія завершується, ми знову маємо справу з даним, але поданими вже в іншій формі. В даному випадку ми маємо справу з інформаційним процесом. Такий процес являє собою цикл утворення інформації з даних і збереження її у вигляді нових даних. Інформація існує досить нетривалий термін часу, але інформаційний процес триває стільки, скільки існують носії інформації. Наприклад, вивчаючи старовинні надписи, вчені продовжують інформаційний процес, розпочатий багато років тому.

Особливість інформаційного процесу в обчислювальній техніці полягає у тому, що певні його етапи відбуваються автоматично, без участі людини. В ході цих етапів дані, подані у вигляді зареєстрованих сигналів. взаємодіють як з апаратними методами (комп’ютерами та іншим обладнанням), так і з програмними методами (комп’ютерними програмами). При цьому важливою особливістю комп’ютерних програм є їх двоїстість. З одного боку, вони ведуть себе як дані, а з іншого – як методи опрацювання даних.

2. Кодування даних.

Дані – діалектична складова інформації. Вони являють собою зареєстровані сигнали. При цьому фізичний метод реєстрації може бути довільним: механічним, електричним, магнітним, оптичним, тощо. Відповідно до методу реєстрації дані можуть зберігатись і транспортуватись на носіях різних видів. Самим розповсюдженим видом носія, хоча і не самим економічним та надійним, є папір. В обчислювальній техніці в ролі носіїв інформації виступають різноманітні магнітні диски, стрічки, оптичні диски, тощо.

В ході виконання інформаційного процесу дані перетворюються з одного виду в інший за допомогою методів. Опрацювання даних містить в собі багато операцій, серед яких можна виділити наступні:

· збір даних – накопичення даних з метою забезпечення їх повноти для прийняття рішень;

· формалізація даних – зведення даних, одержаних з різних джерел, до однакової форми;

· фільтрація даних – відкидання “зайвих” даних, які не потрібні для прийняття рішення;

· сортування даних – впорядкування даних за певною ознакою;

· групування даних – об’єднання даних за певною ознакою з метою їх більш зручного використання;

· архівація даних – організація збереження даних в зручній та легкодоступній формі, як правило, в більш економному форматі;

· захист даних – комплекс заходів, направлених на запобігання втрати, модифікації або відтворення даних;

· транспортування даних – прийом та передача даних між віддаленими учасниками інформаційного процесу;

· перетворення даних – перевід даних з однієї форми або однієї структури до іншої.

Повний перелік операцій з даними набагато більший. Тому можна зробити висновок : опрацювання інформації має високу трудомісткість і тому її потрібно автоматизувати.

Для автоматизації опрацювання даних різних типів їх потрібно подати в єдиній формі. Для цього використовують кодування даних. Звичайна людська мова є прикладом кодування даних. Азбука Морзе, нотна грамота, малюнки є також прикладами систем кодування. Своя система існує і в обчислювальній техніці. Вона основана на використанні двійкової системи числення. Для подання інформації використовується дві цифри : 0 та 1. Ці цифри називаються війковими цифрами, або бітами. Таке подання є досить зручним. По-перше, одним бітом може бути виражене одно з двох понять : так (1) або ні (0).Один біт легко подати у вигляді сигналів різної фізичної природи : намагнічено (1) – не намагнічено (0); є струм (1) – немає струму (0); високий рівень напруги (1) – низький рівень напруги (0).

Двома бітами можна подати вже чотири стани, трьома – 8. Всього n бітами можливо подати 2n різних станів. Збільшуючи кількість розрядів на один, ми збільшуємо кількість можливих станів удвічі.

Біт є досить дрібною, а отже, і незручною одиницею виміру даних. Тому біти об’єднується у групи по 8 біт – байти. Два байти називаються машинним словом. Байти об’єднуються в кілобайти (1Кб = 1024 » 1000 байт), мегабайти  
(1 Мб = 1024 » 1000 Кб » 1000 000 байт), гігабайти , терабайти і т. д. Враховуючи сучасні можливості виготовлення носіїв інформації і об’єми даних, які потрібно зберігати, найбільш вживаними одиницями виміру даних є мегабайти та гігабайти.

Для кодування числової інформації групи з декількох байт. При цьому як правило, старший біт відповідає за знак числа: 0– сило додатне, 1 – число від’ємне. Так, для цілих чисел використовується два байти, для дійсних чисел - 10 байт. В такому випадку деяка кількість біт відводиться під мантису (тобто, значущі цифри числа), а інші – під порядок (разом за знаком).

Для кодування текстової інформації кожному символу ставиться у відповідність деяке ціле додатне число – його код. Так, одним байтом можна подати 256 різних символів. Цього достатньо для запису всіх символів англійського, російського (українського) алфавітів, цифр та спеціальних символів типу знаків арифметичних операцій, дужок, розділових знаків, тощо. Кодування символів визначається стандартом, яких на даний час існує досить багато. Це призвело до певних суперечностей – текст, поданий в одній кодовій таблиці, неправильно відтворювався в іншій. Для позбавлення цього недоліку в даний час використовується універсальна таблиця кодування UNICODE, яка основана на 16-бітному поданні символів. Цього достатньо для розміщення в одній кодовій таблиці символів більшості мов нашої планети.

Графічне зображення на екрані складається з дрібних точок, які називаються пікселами. Вони утворюють характерний візерунок, який називається растром. Для кодування графічної інформації використовується принцип декомпозиції. Його сутність полягає у тому, що будь-який колір подається у вигляді комбінації трьох основних кольорів: червоного, зеленого та блакитного. Якщо для кодування інтенсивностей кожної складової використовувати 8 біт (256 різних значень), то на кодування однієї точки екрану потрібно 24 розряди. При цьому така система забезпечує кодування близько 16,5 млн. кольорів. Такий режим подання графічного зображення називається повнокольоровим (True Color).

Всі дані зберігаються на зовнішньому носієві. Для одержання швидкого доступу до даних потрібно, щоб вони мали впорядковану структуру. В ролі такої структури використовується об’єкт змінної довжини, який називається файлом. Отже, файл – це послідовність довільної кількості байт, записаних на зовнішньому носієві даних, яка має ім’я. Тип даних визначає тип файлу.

Збереження файлів організовується в ієрархічній структурі, яка називається файловою системою. Для зручності роботи файли групуються в каталоги, які , в свою чергу, можуть містити інші каталоги. Вони являють собою іменовані сукупності файлів. На найвищому рівні ієрархії розташований кореневий каталог. Унікальність імені файлу полягає у тому, що повне ім’я файлу містить як власне його ім’я разом з маршрутом доступу до файлу. Маршрут завжди починається з логічного імені носія. Більш детально цей матеріал буде розглянутий пізніше.

3. Предмет і задачі  інформатики.

Інформатика – це технічна наука, що систематизує прийоми створення збереження, накопичення, опрацювання та передачі даних засобами обчислювальної техніки, а також принципи функціонування цих засобів і методи управління ними.

Інформатика досить близька до технології, тому її предмет часто називають інформаційними технологіями.

Предмет інформатики складають такі поняття:

· апаратне забезпечення засобів обчислювальної техніки;

· програмне забезпечення засобів обчислювальної техніки;

· засоби забезпечення апаратної та програмної складових;

· засоби взаємодії людини з апаратними та програмними складовими.

Як видно, в інформатиці велика увага надається взаємодії. Для цього використовується спеціальне поняття – інтерфейс. Відповідно до наведених завдань розрізняють апаратний, програмний, програмно-апаратний інтерфейси та інтерфейс користувача.

Основним завданням інформатики є систематизація прийомів та методів роботи з апаратними та програмними засобами обчислювальної техніки. Мета систематизації полягає у виділенні, впровадженні і розвиткові передових, найбільш ефективних технологій, в автоматизації опрацювання даних, а також методичному забезпеченні нових досліджень.

Інформатика – практична наука. Її досягнення повинні підтверджуватись практикою і прийматись в тих випадках, коли вони відповідають критерію підвищення ефективності. Основними завданнями для практичних застосувань є:

· архітектура обчислювальних систем;

· інтерфейси обчислювальних систем;

· програмування;

· перетворення даних;

· захист інформації від несанкціонованого доступу;

· автоматизація опрацювання даних.

При цьому головним є не як виконати ту чи іншу операцію, а я виконати її ефективно.

 

4. Принцип дії  і призначення пристроїв зберігання    

Пристрої зберігання, пов’язані з зовнішньої пам’яті комп’ютера, забезпечують незалежне зберігання блоків інформації на будь-якому фізичному носії. Фізичні принципи енергонезалежного зберігання та відповідні їм носії різноманітні. 

Найбільшого поширення отримали наступні:

• Магнітний принцип заснований на перемагничивании ділянок носія у відпо ¬ відності зі значеннями бітів записуваної інформації. Цей принцип реалізується в пристроях з рухомим носієм у вигляді диска або стрічки, де запис і зчитування виробляється на доріжку (трек). Головка запису викликає зміна намагніченості ділянок треку відповідно до записуваної бітової послідовністю. При зчитуванні реєструється зміна магнітного поля, пов’язане з проходженням під головкою ділянок треку, і з цих змін витягується раніше записана інформація. Існують магнітооптичні пристрої і з нерухомим носієм. У «давньою» історії комп’ютерів застосовувалися матриці (куби) пам’яті на магнітних сердечниках. В даний час використовуються (але поки що не широко) мікросхеми пам’яті FRAM (Ferroelectric Random Access Memory – ферроелектріческая оперативна пам’ять). У магнітооптичних пристроях принцип зберігання – магнітний, оптика (лазер) використовується лише для розігріву перемагничиваемом ділянки під час запису (це дозволяє значно зменшити розмір ділянки – підвищити щільність запису) і зчитуванні (властивості відбитого променя залежать від стану магнітного «осередки»).
• Оптичний принцип заснований на зміні оптичних властивостей ділянки носія: ступеня прозорості або коефіцієнта відображення. Способи, якими ці зміни досягаються, різні. У перших оптичних пристроях використовувався механічний спосіб запису – пробивали отвори в перфострічках і перфокартах. У сучасних оптичних пристроях на дисках CD і DVD зміна оптичних властивостей досягається за допомогою лазера, випалюють лунки (необоротно, одноразово) чи змінює стан ділянки (оборотно, багаторазово). Випуск масового тиражу оптичних носіїв з інформацією можливий і за допомогою різних технологій друку.
• Електричний принцип заснований на порогових ефекти в напівпровідникових структурах. Цей принцип використовується в твердотільної пам’яті – флеш-пам’яті і EEPROM. Тут для зміни стану зберігає осередку потрібна значна енергія (досить тривалий вплив сильного електричного поля), що і відбувається в процесі запису, званому програмуванням. Зчитування вимагає значно менших витрат як енергії, так і часу. Під твердотільної в цих пристроях мається на увазі відсутність відносного руху носія і головок запису-зчитування.