Тема 1.1.2. Принципы хранения, измерения, обработки и передачи информации.

Процессы, связанные с поиском, хранением, передачей, обработкой и использованием информации, называются информационными процессами. Теперь остановимся на основных информационных процессах.

1. Поиск. Поиск информации — это извлечение хранимой информации. Методы поиска информации: непосредственное наблюдение; общение со специалистами по интересующему вас вопросу; чтение соответствующей литературы; просмотр видео, телепрограмм; прослушивание радиопередач, аудиокассет; работа в библиотеках и архивах; запрос к информационным системам, базам и банкам компьютерных данных; другие методы. Понять, что искать, столкнувшись с той или иной жизненной ситуацией, осуществить процесс поиска — вот умения, которые становятся решающими на пороге третьего тысячелетия.

2. Сбор и хранение. Сбор информации не является самоцелью. Чтобы полученная информация могла использоваться, причем многократно, необходимо ее хранить. Хранение информации — это способ распространения информации в пространстве и времени. Способ хранения информации зависит от ее носителя (книга- библиотека, картина- музей, фотография- альбом). ЭВМ предназначена для компактного хранения информации с возможностью быстрого доступа к ней. Информационная система — это хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска и размещения и выдачи информации. Наличие таких процедур- главная особенность информационных систем, отличающих их от простых скоплений информационных материалов. Например, личная библиотека, в которой может ориентироваться только ее владелец, информационной системой не является. В публичных же библиотеках порядок размещения книг всегда строго определенный. Благодаря ему поиск и выдача книг, а также размещение новых поступлений представляет собой стандартные, формализованные процедуры.

3. Передача. В процессе передачи информации обязательно участвуют источник и приемник информации: первый передает информацию, второй ее получает. Между ними действует канал передачи информации — канал связи. Канал связи — совокупность технических устройств, обеспечивающих передачу сигнала от источника к получателю.

Кодирующее устройство — устройство, предназначенное для преобразования исходного сообщения источника к виду, удобному для передачи.

Декодирующее устройство — устройство для преобразования кодированного сообщения в исходное. Деятельность людей всегда связана с передачей информации. В процессе передачи информация может теряться и искажаться: искажение звука в телефоне, атмосферные помехи в радио, искажение или затемнение изображения в телевидении, ошибки при передачи в телеграфе. Эти помехи, или, как их называют специалисты, шумы, искажают информацию. К счастью, существует наука, разрабатывающая способы защиты информации — криптология.

Каналы передачи сообщений характеризуются пропускной способностью и помехозащищенностью. Каналы передачи данных делятся на симплексные (с передачей информации только в одну сторону (телевидение)) и дуплексные (по которым возможно передавать информацию в оба направления (телефон, телеграф)). По каналу могут одновременно передаваться несколько сообщений. Каждое из этих сообщений выделяется (отделяется от других) с помощью специальных фильтров. Например, возможна фильтрация по частоте передаваемых сообщений, как это делается в радиоканалах. Пропускная способность канала определяется максимальным количеством символов, передаваемых ему в отсутствии помех. Эта характеристика зависит от физических свойств канала. Для повышения помехозащищенности канала используются специальные методы передачи сообщений, уменьшающие влияние шумов. Например, вводят лишние символы. Эти символы не несут действительного содержания, но используются для контроля правильности сообщения при получении. С точки зрения теории информации все то, что делает литературный язык красочным, гибким, богатым оттенками, многоплановым, многозначным, - избыточность. Например, как избыточно с таких позиций письмо Татьяны к Онегину. Сколько в нем информационных излишеств для краткого и всем понятного сообщения «Я Вас люблю!»

4. Обработка. Обработка информации — преобразование информации из одного вида в другой, осуществляемое по строгим формальным правилам. Примеры обработки информации Примеры Входная информация Выходная информация Правило Таблица умножения Множители Произведение Правила арифметики Определение времени полета рейса «Москва-Ялта» Время вылета из Москвы и время прилета в Ялту Время в пути Математическая формула Отгадывание слова в игре «Поле чудес» Количество букв в слове и тема Отгаданное слово Формально не определено Получение секретных сведений Шифровка от резидента Дешифрованный текст Свое в каждом конкретном случае Постановка диагноза болезни Жалобы пациента + результаты анализов Диагноз Знание + опыт врача Обработка информации по принципу «черного ящика» — процесс, в котором пользователю важна и необходима лишь входная и выходная информация, но правила, по которым происходит преобразование, его не интересуют и не принимаются во внимание.

«Черный ящик» — это система, в которой внешнему наблюдателю доступны лишь информация на входе и на выходе этой системы, а строение и внутренние процессы неизвестны.

5. Использование. Информация используется при принятии решений. Достоверность, полнота, объективность полученной информации обеспечат вам возможность принять правильное решение. Ваша способность ясно и доступно излагать информацию пригодится в общении с окружающими. Умение общаться, то есть обмениваться информацией, становится одним главных умений человека в современном мире. Компьютерная грамотность предполагает: знание назначения и пользовательских характеристик основных устройств компьютера; Знание основных видов программного обеспечения и типов пользовательских интерфейсов; умение производить поиск, хранение, обработку текстовой, графической, числовой информации с помощью соответствующего программного обеспечения. Информационная культура пользователя включает в себя: понимание закономерностей информационных процессов; знание основ компьютерной грамотности; технические навыки взаимодействия с компьютером; эффективное применение компьютера как инструмента; привычку своевременно обращаться к компьютеру при решении задач из любой области, основанную на владении компьютерными технологиями; применение полученной информации в практической деятельности.

6. Защита. Защитой информации называется предотвращение: доступа к информации лицам, не имеющим соответствующего разрешения (несанкционированный, нелегальный доступ); непредумышленного или недозволенного использования, изменения или разрушения информации. Более подробно о защите информации мы остановимся далее. Под защитой информации, в более широком смысле, понимают комплекс организационных, правовых и технических мер по предотвращению угроз информационной безопасности и устранению их последствий.

Для хранения информации используются специальные устройства памяти. Дискретную информацию хранить гораздо проще непрерывной, т.к. она описывается последовательностью чисел. Если представить каждое число в двоичной системе счисления, то дискретная информация предстанет в виде последовательностей нулей и единиц. Присутствие или отсутствие какого-либо признака в некотором устройстве может описывать некоторую цифру в какой-нибудь из этих последовательностей. Например, позиция на дискете описывает место цифры, а полярность намагниченности - ее значение. Для записи дискретной информации можно использовать ряд переключателей, перфокарты, перфоленты, различные виды магнитных и лазерных дисков, электронные триггеры и т.п. Одна позиция для двоичной цифры в описании дискретной информации называется битом (bit, binary digit). Бит служит для измерения информации. Информация размером в один бит содержится в ответе на вопрос, требующий ответа «да» или «нет». Непрерывную информацию тоже измеряют в битах.

Бит - это очень маленькая единица, поэтому часто используется величина в 8 раз большая - байт (byte), состоящая из двух 4-битных полубайт или тетрад. Байт обычно обозначают заглавной буквой B или Б. Как и для прочих стандартных единиц измерения для бита и байта существуют производные от них единицы, образуемые при помощи приставок кило (K), мега (M), гига (G или Г), тера (T), пета (P или П) и других. Но для битов и байтов они означают не степени 10, а степени двойки: кило - , мега - , гига - , тера - , пета - . Например, 1KB = 8Кbit = 1024B = 8192bit, 1МБ = 1024КБ = 1048576Б = 8192Кбит.

Для обработки информации используют вычислительные машины, которые бывают двух видов: ЦВМ (цифровая вычислительная машина) - для обработки дискретной информации, АВМ (аналоговая вычислительная машина) - для обработки непрерывной информации. ЦВМ - универсальны, на них можно решать любые вычислительные задачи с любой точностью, но с ростом точности скорость их работы уменьшается. ЦВМ - это обычные компьютеры.

Каждая АВМ предназначена только для узкого класса задач, например, интегрирования или дифференцирования. Если на вход такой АВМ подать сигнал, описываемый функцией , то на ее выходе появится сигнал или . АВМ работают очень быстро, но их точность ограничена и не может быть увеличена без аппаратных переделок. Программа для АВМ - это электрическая схема из заданного набора электронных компонент, которую нужно физически собрать.

Бывают еще и гибридные вычислительные машины, сочетающие в себе элементы как ЦВМ, так и АВМ. На рис.1.2 изображена схема передачи информации.

Кодированием, например, является шифровка сообщения, декодированием - его дешифровка. Процедуры кодирования и декодирования могут повторяться много раз. Ошибки при передаче информации происходят из-за шума в канале (атмосферные и технические помехи), а также при кодировании и декодировании. Теория информации изучает, в частности, способы минимизации количества таких ошибок.

Рис. 1.2.

Скорость передачи информации измеряется в количестве переданных за одну секунду бит или в бодах (baud): 1бод = 1бит/сек (bps). Производные единицы для бода такие же как и для бита и байта, например, 10Kbaud = 10240baud.

Информацию можно передавать последовательно, т.е. бит за битом, и параллельно, т.е. группами фиксированного количества бит. Параллельный способ быстрее, но он часто технически сложнее и дороже особенно при передаче данных на большие расстояния. Параллельный способ передачи используют, как правило, только на расстоянии не более 5 метров.

Упражнение 3. Сколько бит в одном килобайте?