Информация. Информационные процессы. Информационные технологии.
Последняя четверть ХХ века характеризуется интенсификацией производственной деятельности (увеличения производительности), научной и управленческой деятельности. А это в свою очередь требует обработки большого количества информации.
Вещество, энергия и информация – важнейшие сущности нашего мира.
Вещество – это все, что вокруг нас.
Энергия приводит наш мир в движение (энергия химических реакций, энергия солнечных лучей, электрическая и механическая энергии и т.д.).
Информация – третья важнейшая сущность нашего мира.
В основе этого определения, даваемого философами, понятие нарушенного однообразия, т.е. информация не то, что заключается в книге или докладе, а то новое, что получено нами из них.
В бытовом смысле под информацией обычно понимают те сведения, которые человек получает из окружающей природы и общества с помощью органов чувств. Наблюдая за природой, общаясь с другими людьми, читая газеты и книги, просматривая телепередачи, мы получаем информацию. Биолог отнесет к информации те данные, которые человек не получал с помощью органов чувств и не создавал в своем уме, а хранит в себе с момента рождения и до смерти. Это генетический код, благодаря которому дети так похожи на родителей.
В информатике – науке, изучающей методы представления, накопления, передачи и обработки информации с помощью ЭВМ – информацию определяют следующим образом.
Информация – совокупность сведений, циркулирующих в природе, обществе, а также в созданных человеком системах. Т.о. информацию собирают, хранят, передают, обрабатывают и используют. Для этих целей используются разработанные информационные технологии, (т.е. системы методов и способов сбора, накопления, хранения, поиска, обработки и выдачи информации).
Корни информатики лежат в другой науке – кибернетике. Понятие "кибернетика" впервые появилось в начале Х!Х века, и было предложено французским физиком Ампером, предположившим, что должна существовать наука, изучающая искусство управления. Эту несуществующую науку Ампер назвал кибернетикой от греческого слова кибернетикос (искусный в управлении). В 1948 году американский математик Норберт Винер возродил термин "кибернетика" и определил ее как науку об управлении в живой природе и в технических системах.
Человечество за тысячелетия своего существования накопило огромное количество информации. Мозг человека не в состоянии хранить такой объем ее и без искажения передавать. Поэтому для хранения использовались природные средства: рисунки на стенах пещер, скалах. Носители информации непрерывно совершенствовались, появились: пергамент, папирус, береста, бумага, фотопленка, перфорационные носители, магнитные, оптические носители.
Информационные потоки растут лавинообразно. Особенно это характерно для промышленности, управления и науки. Появление средств обработки информации привели к понятию информационные ресурсы.
Информационные ресурсы – информация, используемая на производстве, в технике, управлении обществом, специально организованная и обрабатываемая на ЭВМ.
Информационные ресурсы в объеме страны – национальные информационные ресурсы.
Информационные ресурсы страны определяют ее научно-технический прогресс, научный потенциал, экономическую и стратегическую мощь. В этом смысле говорят об информатизации общества.
Информатизация общества – повсеместное внедрение комплекса мер, направленных на обеспечение полного и своевременного использования достоверной информации и зависит от степени освоения и развития новых информационных технологий.
Формы и виды представления информации.
Информацию можно классифицировать разными способами, и разные науки делают это по-разному. Каждая наука вводит свою систему классификации.
В информатике рассматривают две формы представления информации:
· аналоговую (непрерывную) -температура тела, мелодия, извлекаемая на скрипке, когда смычок не отрывается от струн и не останавливается, движение автомобиля;
· дискретную (прерывистую) – времена года, точка и тире в азбуке Морзе.
Все многообразие окружающей нас информации можно сгруппировать по различным признакам.
| ВИДЫ ИНФОРМАЦИИ | ПОДВИДЫ ИНФОРМАЦИИ |
| Массовая | Общественно-политическая |
| Научно-популярная | |
| Специальная | Научная |
| Техническая | |
| Экономическая | |
| Управленческая | |
| Личная |
На данной таблице показано деление информации, создаваемой и используемой человеком, на виды и подвиды по общественному назначению.
По признаку "область возникновения" информация делится на:
· элементарную – отражает процессы и явления неодушевленной природы;
· биологическую – отражает процессы растительного и животного мира;
· социальную – отражает процессы человеческого общества.
По способу передачи и восприятия различают информацию:
· визуальную – передается видимыми образами и символами;
· аудиальную – передается звуками;
· тактильную – передается ощущениями;
· органо-лептическую – передается запахами и вкусом;
· машинную – выдаваемую и воспринимаемую средствами вычислительной техники.
Человек так устроен, что воспринимает информацию с помощью органов чувств и эта информация принимается, хранится и обрабатывается как аналоговая. Многие устройства, созданные человеком, тоже работают с аналоговой информацией, например, телевизор, телефон, проигрыватель пластинок.
К цифровым устройствам относятся персональный компьютер, работающий с информацией, представленной в цифровой (дискретной) форме.
Информацию, создаваемую и используемую человеком, по общественному назначению делят на:
· массовую (общественно-политическая, научно-популярная и т.д.):
· специальную (научная, техническая, экономическая, управленческая и т.д.)
· личная.
Информация циркулирует в конкретных информационных системах, т.е. в системах, где между объектами доминируют информационные связи (например, а)работник, б)учреждение, в)система продажи билетов).
Роль компьютеров в этих системах огромна. Они выполняют почти все операции.
Свойства информации.
Информация имеет определенные свойства:
· полезность (относительно конкретной информационной системы);
· полнота (мечта историка – иметь полную информацию о минувших эпохах, но историческая информация никогда не бывает полной, и полнота уменьшается по мере удаленности от нас исторической эпохи);
· достоверность – она уменьшается с уменьшением полноты;
· новизна – с течением времени информация стареет, например, быстро стареет газетная информация, поэтому работа газетных издательств должна быть более оперативной;
· ценность – самая ценная информация – достаточно полезная, полная, достоверная и новая.
Алфавитный способ представления информации.
Информацию записывают с помощью символов. Конечное множество символов (букв) для записи информации составляет алфавит. Из букв составляются слова, из слов – словосочетания и предложения.
В информатике понятие алфавита расширяется. Можно рассматривать алфавит арифметики, телеграфный алфавит, алфавиты, состоящие из специально придуманных значков.
Примеры:
А={0,1,2,…9,<,>,=,+,-,*,(,),} – алфавит арифметики
Т={.,--} – телеграфный алфавит
B={I,V,X,L,C,M} – алфавит римской нумерации
R={А,Б,В,Г,..,Э,Ю,Я} – русский алфавит
L={A,B,C,D,…x,y,z} – латинский алфавит
N={^,I,*} – придуманный алфавит
M={0,1} – машинный алфавит.
Словом называется упорядоченная последовательность конечного числа букв определенного алфавита.
(4+3)*19 – слово в алфавите А
-.--.. – слово в алфавите Т
01101 – слово в алфавите М
^^I*^ - слово в алфавите N.
Информацию, представленную в одном а
Машинная информация, например, представляется в двоичном коде или в алфавите М. Обмен информацией осуществляется с помощью сигналов: звуковых, световых и т.д. В ЭВМ – это электрические сигналы.
Представление целых чисел в компьютере.
Целые числа являются простейшими числовыми данными, с которыми оперирует ЭВМ. Для целых чисел существуют два представления: беззнаковое (только для неотрицательных целых чисел) и со знаком. Очевидно, что отрицательные числа можно представлять только в знаковом виде. Целые числа в компьютере хранятся в формате с фиксированной запятой
.
Представление целых чисел в беззнаковых целых типах.
Для беззнакового представления все разряды ячейки отводятся под представление самого числа. Например, в байте (8 бит) можно представить беззнаковые числа от 0 до 255. Поэтому, если известно, что числовая величина является неотрицательной, то выгоднее рассматривать её как беззнаковую.
Представление целых чисел в знаковых целых типах.
Для представления со знаком самый старший (левый) бит отводится под знак числа, остальные разряды - под само число. Если число положительное, то в знаковый разряд помещается 0, если отрицательное - 1. Например, в байте можно представить знаковые числа от -128 до 127.
Прямой код числа.
Представление числа в привычной форме "знак"-"величина", при которой старший разряд ячейки отводится под знак, а остальные - под запись числа в двоичной системе, называется прямым кодом
двоичного числа. Например, прямой код двоичных чисел 1001 и -1001 для 8-разрядной ячейки равен 00001001 и 10001001 соответственно. Положительные числа в ЭВМ всегда представляются с помощью прямого кода. Прямой код числа полностью совпадает с записью самого числа в ячейке машины. Прямой код отрицательного числа отличается от прямого кода соответствующего положительного числа лишь содержимым знакового разряда. Но отрицательные целые числа не представляются в ЭВМ с помощью прямого кода, для их представления используется так называемый дополнительный код
.
Дополнительный код числа.
Дополнительный код
положительного числа равен прямому коду этого числа. Дополнительный код отрицательного числа m равен 2k
-|m|, где k - количество разрядов в ячейке. Как уже было сказано, при представлении неотрицательных чисел в беззнаковом формате все разряды ячейки отводятся под само число. Например, запись числа 243=11110011 в одном байте при беззнаковом представлении будет выглядеть следующим образом:
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
Знаковый разряд Возникает вопрос: с какой целью отрицательные числа записываются в виде дополнительного кода и как получить дополнительный код отрицательного числа?Дополнительный код используется
для упрощения выполнения арифметических операций. Если бы вычислительная машина работала с прямыми кодами положительных и отрицательных чисел, то при выполнении арифметических операций следовало бы выполнять ряд дополнительных действий. Например, при сложении нужно было бы проверять знаки обоих операндов и определять знак результата. Если знаки одинаковые, то вычисляется сумма операндов и ей присваивается тот же знак. Если знаки разные, то из большего по абсолютной величине числа вычитается меньшее и результату присваивается знак большего числа. То есть при таком представлении чисел (в виде только прямого кода) операция сложения реализуется через достаточно сложный алгоритм. Если же отрицательные числа представлять в виде дополнительного кода, то операция сложения, в том числе и разного знака, сводится к из поразрядному сложению.Для компьютерного представления целых чисел обычно используется один, два или четыре байта, то есть ячейка памяти будет состоять из восьми, шестнадцати или тридцати двух разрядов соответственно.
Алгоритм получения дополнительного кода отрицательного числа.
Для получения дополнительного k-разрядного кода отрицательного числа необходимо
модуль отрицательного числа представить прямым кодом в k двоичных разрядах;
значение всех бит инвертировать:все нули заменить на единицы, а единицы на нули(таким образом, получается k-разрядный обратный код исходного числа);
к полученному обратному коду прибавить единицу.
00110100 - число |-52|=52 в прямом коде
11001011 - число -52 в обратном коде
11001100 - число -52 в дополнительном коде
1100 1100
С С
Представление вещественных чисел в компьютере.
Для представления вещественных чисел в современных компьютерах принят способ представления с плавающей запятой
. Этот способ представления опирается на нормализованную (экспоненциальную) запись действительных чисел. Как и для целых чисел, при представлении действительных чисел в компьютере чаще всего используется двоичная система, следовательно, предварительно десятичное число должно быть переведено двоичную систему.
Нормализованная запись числа.
Нормализованная запись
отличного от нуля действительного числа - это запись вида a= m*Pq
, где q - целое число (положительное, отрицательное или ноль), а m - правильная P-ичная дробь, у которой первая цифра после запятой не равна нулю, то есть . При этом m называется мантиссой
числа, q - порядком
числа. Примеры:
3,1415926 = 0, 31415926 * 101
;
1000=0,1 * 104
;
0,123456789 = 0,123456789 * 100
;
0,00001078
= 0,1078 * 8-4
; (порядок записан в 10-й системе)
1000,00012
= 0, 100000012 * 24
.
Так как число ноль не может быть записано в нормализованной форме в том виде, в каком она была определена, то считаем, что нормализованная запись нуля в 10-й системе будет такой: 0 = 0,0 * 100
.Нормализованная экспоненциальная запись
числа - это запись вида a= m*Pq
, где q - целое число (положительное, отрицательное или ноль), а m - P-ичная дробь, у которой целая часть состоит из одной цифры. При этом (m-целая часть) называется мантиссой
числа, q - порядком
числа.
Представление чисел с плавающей запятой.
При представлении чисел с плавающей запятой часть разрядов ячейки отводится для записи порядка числа, остальные разряды - для записи мантиссы. По одному разряду в каждой группе отводится для изображения знака порядка и знака мантиссы. Для того, чтобы не хранить знак порядка, был придуман так называемый смещённый порядок
, который рассчитывается по формуле 2a-1
+ИП, где a - количество разрядов, отводимых под порядок. Пример: Если истинный порядок равен -5, тогда смещённый порядок для 4-байтового числа будет равен 127-5=122.
Алгоритм представления числа с плавающей запятой.
Перевести число из p-ичной системы счисления в двоичную;
представить двоичное число в нормализованной экспоненциальной форме;
рассчитать смещённый порядок числа;
разместить знак, порядок и мантиссу в соответствующие разряды сетки.
Пример: Представить число -25,625 в машинном виде с использованием 4 байтового представления (где 1 бит отводится под знак числа, 8 бит - под смещённый порядок, остальные биты - под мантиссу).
2510
=1000112
0,62510
=0,1012
-25,62510
= -100011,1012
2. -100011,1012
= -1,000111012
* 24
3. СП=127+4=131 4.
Можно заметить, что представление действительного числа не очень удобно изображать в двоичной системе, поэтому часто используют шестнадцатеричное представление:
Окончательный ответ: C1CD0000.
.