Информация и информационные процессы
Данный проект представляет собой реферат по
теме "Информация и информационные процессы"
и может быть использован как вспомогательный
материал при изучении темы в 6-7 классах средней
общеобразовательной школы.
2003 г.
Содержание
I. Информация в материальном мире
II. Информация и информационный процесс
1. Информация и управление
2. Количество информации как мера
уменьшения неопределённости знания
3. Требования, предъявляемые к
информации
4. Виды информации
5. Свойства информации
III. Кибернетический подход к понятию
информации
1. Кибернетическая система
IV. Литература
Информация в материальном мире
Сигналы и данные
Все физические объекты, находящиеся вокруг
нас, находятся в состоянии непрерывного
движения, которое сопровождается обменом
энергии. Все виды энергообмена сопровождаются
появлением сигналов. При взаимодействии
сигналов с физическими телами возникают
изменения свойств - регистрация сигналов, то есть
образуются данные. Данные - это
зарегистрированные сигналы.
Пример:
Посмотрим на наше сердце. Сокращаясь, оно
выбрасывает в сосуды кровь под давлением. Кровь
ударяется об стенку артерии и получается щелчок,
который мы можем услышать с помощью перископа.
Таким образом, мы регистрируем сигналы сердца с
помощью какого-то прибора, то есть, получаем
некоторые данные о работе сердца.
Данные и методы
Данные несут в себе информацию о событиях,
произошедших в материальном мире. Для того, чтобы
данные давали информацию, необходимо наличие
метода обработки
Информация - это продукт взаимодействия данных и
адекватных им методов.
Пример:
На столе лежит книга. Она содержит какие-то
данные. Чтобы получить из этих данных информацию
нужно применить методы обработки, т.е. прочитать.
Читая книгу, человек получает информацию.
Возьмём опять пример с сердцем. Перископ
регистрирует сигналы сердца, но чтобы получить
информацию о состоянии сердца нам нужно
обработать эти данные, то есть применить методы
обработки данных. Человек, который владеет
соответствующими методами обработки, сможет
получить информацию о работе и состоянии сердца.
Информация и информационный процесс
Процессы получения, передачи, обработки и
хранения являются общими для вещества, энергии и
информации. Они называются информационными
процессами
Информационные процессы характерны для живой
природы, человека, общества, техники.
Получение Хранение
Обработка Передача
Открытие файла
Сканирование
Просмотр ТВ пере-дач
Человек:
Зрение, слух, обоняние, осязание, вкус.
Генетический код в каждой клетке организма
Годовые кольца на срезе дерева
Ноты
CD-ROM
Оптический диск
Ключ от замка
Видеофильм
Фотография Решение задачи
Исполнение музыки по нотам
Перевод иностранного текста
Проявление фотоплёнки Чтение вслух
Ввод с клавиатуры
Вывод информации на экран
Радио
ТВ
Интернет-связи
Является ли информационным процессом выплавка
стали? (Нет)
Таким образом, понятие информации - базовое
понятие. Поэтому дать точное определение
информации невозможно. Содержание основных
базовых понятий в каждой науке должно быть
пояснено на примерах или выявлено путём его
сопоставления с содержанием других понятий.
Понятие информации используется в различных
науках: информатике, биологии, социологии,
кибернетике. В каждой науке понятие
"информация" связано с различными системами
понятий.
Понятие информации в биологии связано с
понятиями "ген", "наследственность" и
"поведение".
Понятие информации в кибернетике связано с
понятиями "управление", "прямая связь",
"обратная связь".
Понятие информации в обществе связано с
понятиями "сведения", "сообщения"
"осведомлённость о положении дел".
Информация с точки зрения науки - это знания.
С информацией можно производить следующие
действия:
обмен (передача и получение);
хранение;
обработка.
Обмен информацией может происходить в образной
(образное восприятие при непосредственном
контакте человека с окружающим миром с помощью
зрения, слуха, обоняния, осязания и вкуса и
знаковой( знаковая система представления
информации - это язык) формах. Языки бывают
разговорными( русский, немецкий, и т.д.), причем в
устной форме( фонетика) и в письменной(
грамматика) и формальные( в математике - язык
формул, в музыке - язык нот, в медицине - латынь).
Хранение информации происходит или в памяти
человека, или на внешних носителях. В памяти
человека информация может храниться как в
образной форме ( я помню, как пахнет роза), так и в
знаковой ( словесной, формульной). Информацию,
хранимую в памяти, называют оперативной.
Информацию, хранимую на внешних носителях( листе
бумаги, диске, пластинке и т.д.), называют внешней.
Она может быть переведена в разряд оперативной,
если будет "прочитана" человеком.
Таким образом, внешние носители выполняют роль
"дополнительной" памяти человека. На них
могут храниться звук, тексты, изображения.
Обработка информации производится человеком или
в уме, или с помощью каких-либо вспомогательных
средств (счеты, калькулятор, компьютер и др.). В
результате обработки получается новая
информация, которая каким-то образом сохраняется
( запоминается, записывается). Обработка
информации производится по каким-то
определенным правилам (алгоритмам). Сами эти
правила могут также подвергаться обработке
(дополняться, исправляться, уточняться).
Информация и управление
Преобразование, обработка информации -
важнейший из информационных процессов.
Процессы, связанные с получением, хранением,
обработкой и передачей информации, называются
информационными процессами.
Таким образом, без информации, её передачи,
преобразования и использования управление
невозможно. В основе любого процесса управления
лежат информационные процессы.
В любом процессе управления всегда происходит
взаимодействие двух систем - управляемой и
управляющей. Если они соединены каналами прямой
и обратной связи, то такую систему называют
замкнутой или системой с обратной связью.
По каналу прямой связи передаются сигналы
(команды) управления, которые вырабатываются в
управляющем органе. Управляемый объект
подчиняется этим командам и осуществляет свои
рабочие функции. По каналу обратной связи
поступает информация о состоянии управляемого
объекта. В управляющем органе на основе этой
информации вырабатываются новые сигналы
управления, которые посылаются к управляемому
объекту.
Структура автоматической системы управления
сводится к схеме:
Датчик измеряет величину, которая подлежит
регулированию и преобразует её в другую
величину, которая более удобна для использования
в управляющем объекте. Управляющий объект
воспринимает эту информацию, сравнивает её с
заданным значением. Если он находит расхождение,
то передаёт соответствующую команду в
исполнительное устройство, которое
восстанавливает заданное значение величины,
которую нужно отрегулировать. В качестве
исполнительных объектов используются
устройства, которые непосредственно
воздействуют на технологический процесс
(двигатели, электромагниты…).
Такие системы представляют собой типичный
пример систем автоматического регулирования.
Рассмотрим данную схему на примере записи
информации на жёсткий диск. При записи
информации на жёсткие диски требуется особенная
точность установки (на рабочей поверхности
носителя имеются тысячи дорожек) и необходимо
учитывать механические деформации носителя
(например, в результате изменения температуры). В
этом случае управляющий объект (система
управления магнитными головками винчестера)
получает информацию о реальном положении
магнитной головки по каналу обратной связи и по
прямому каналу управления производит
необходимые перемещения.
Замечание:
Головной мозг и нервная система человека или
животного получают информацию из окружающей
среды, преобразовывает её и на основе этой
информации выбирает наиболее целесообразное
поведение.
Решение задачи, встающей перед человеком в любом
виде его деятельности, - также процесс
преобразования исходной информации в
информацию, отражающую результат решения этой
задачи. Преобразование, анализ информации -
основа выбора решений, процессов управления в
любой области.
Пример: управление автомобилем. В процессе
управления человек с помощью органов чувств
воспринимает информацию об окружающей среде:
состояние дороги, дорожные знаки, наличие
встречного транспорта, пешеходов, сигналы
светофора.Последовательность сигналов по
нервным путям передаётся в руки и ноги водителя.
Количество информации как мера уменьшения
неопределённости знания
Уменьшение неопределённости знания.
Подход к информации как к мере уменьшения
неопределённости знания позволяет
количественно измерять информацию. Пусть у нас
имеется монета, которую мы бросаем на ровную
поверхность. С равной вероятностью произойдёт
одно из двух возможных событий - монета окажется
в одном из двух положений: "орёл" или
"решка". События равновероятны, если при
возрастающем числе опытов число выпадений
"орла" и "решки" постепенно сближаются.
Перед броском существует неопределённость
нашего знания (возможны 2 события), и как упадёт
монета - предсказать невозможно. После броска
наступает полная определённость, т.к. мы видим,
что монета в данный момент находится в
определённом положении. Это сообщение приводит к
уменьшению неопределённости нашего знания в 2
раза, т.к. из двух возможных равновероятных
событий реализовалось одно. В окружающей
действительности часто встречаются ситуации,
когда может произойти большее, чем 2, число
равновероятных событий. Чем больше начальное
число возможных равновероятных событий, тем
больше начальная неопределённость нашего знания
и тем большее количество информации будет
содержать сообщение о результатах опыта.
Единица измерения количества информации
За единицу количества информации принято такое
количество информации, которое содержит
сообщение уменьшающее неопределённость знания в
2 раза. Такая единица названа бит.
Компьютер оперирует числами в двоичной системе
счисления, поэтому в кратных единицах измерения
количества информации используется коэффициент
2n.
Следующей по величине единицей измерения
количества информации является байт, причём
1 байт = 23 бит = 8 бит.
Кратные байту единицы измерения количества
информации вводятся следующим образом:
1 Кбайт = 210 байт = 1024 байт
1 Мбайт = 210 Кбайт =1024 Кбайт = 220 байт
1 Гбайт = 210 Мбайт = 1024 Мбайт = 220 Кбайт = 230 байт.
Количество возможных событий и количество
информации
Существует формула, которая связывает между
собой количество возможных событий N и
количество информации I:
N=2I
Формула Шеннона
Формулу для вычисления количества информации
для событий с различными вероятностями
предложил К. Шеннон. В этом случае количество
информации определяется по формуле:
I= - ,
Где I - количество информации,
N - количество возможных событий,
рi - вероятности отдельных событий.
Количество информации, которое мы получаем,
достигает максимального значения, если события
равновероятны.
Виды информации
Можно выделить следующиу виды информации
По восприятию органами чувств:
звуковая (аудиальная)
визуальная (символы, рисунки, жесты, зрительные
образы)
органолептическая
вкусовая
обонятельная (запахи)
тактильная (ощущения)
По общественному назначению:
массовая;
личная ( хранится в памяти каждого человека);
общественно - политическая;
обыденная;
эстетическая.
Специальная:
научная;
техническая;
отраслевая;
производственная;
По области возникновения:
элементарная (процессы явлений неодушевленной
природы);
биологическая (процессы животного и
растительного мира);
социальная (человеческое общество)
Свойства информации
1. Объективность и субъективность
информации:
Понятие объективности информации является
относительным, т. к. методы являются
субъективными. В ходе информационного процесса
степень объективности информации всегда
понижается.
2. Полнота информации:
Характеризует качество информации и определяет
достаточность данных для принятия решений или
для создания новых данных, на основе имеющихся.
Пример:
Вы прочитали в газете такое сообщение: "Будет
дождь". Это неполная информация, т. к. не
сказано, когда именно будет дождь.
"Завтра после полудня будет дождь" - полная
информация.
3. Достоверность информации:
При регистрации сигналов могут появляться не
только "полезные" сигналы, но и посторонние
сигналы - информационный шум. Если полезный
сигнал зарегистрирован более чётко, чем
посторонние сигналы, достоверность информации
будет более высокой. Чем выше информационный шум,
тем ниже достоверность информации.
Пример:
"Волга впадает в Черное море" -
недостоверная информация.
"Волга впадает в Каспийское море" -
достоверная информация.
4. Адекватность информации:
Это степень соответствия реальному объективному
состоянию тела. Неадекватная информация может
образоваться при создании новой информации на
основе неполных или недостоверных данных.
Достоверные данные + неадекватные методы =
неадекватная информация
5. Доступность информации:
Мера возможности получить ту или иную
информацию. На степень доступности информации
влияют одновременно как доступность данных, так
и доступность адекватных методов.
6. Актуальность информации:
Это степень соответствия информации текущему
моменту времени. Достоверная и адекватная
устаревшая информация - неактуальна.
Пример:
"На прошлой неделе в это время в Ярославле шёл
дождь" - эта информация для нас не актуальна, т.
к. она является устаревшей.
"Завтра в Лондоне будет дождь" - это может
быть новая, достоверная и полная информация, но
для нас она не актуальна, т.к. мы не поедем в
Лондон и нам не интересно, какая там погода.
"Скоро улицы нашего города будут затоплены"
- такая информация является для нас актуальной
Кибернетический подход к понятию информации
Рассмотрим подход к понятию информации с точки
зрения кибернетики.
Информация - сведения, которые нас интересуют.
Информация - сообщения, которые обладают
новизной или полезностью. В теории связи под
информацией принято понимать любую
последовательность символов.
В кибернетике информация - та часть сообщения,
которая участвует в управлении.
Информация - это отображение внешнего мира с
помощью знаков и сигналов
Кибернетическая система
Кибернетическая система (черный ящик)- это
упрощенное представление о сложном объекте, для
которого существенными признаками служат лишь
входные и выходные сигналы.
Между кибернетическими системами происходит
обмен сигналами разной природы (акустических,
световых, графических, электрических, магнитных
и других). Информационный обмен осуществляется
между:
людьми;
животными;
людьми и животными;
техническими устройствами;
людьми и техническими устройствами;
компонентами различных объектов (частями,
органами) и др
Литература
Для создания данного проекта были
использованы следующие материалы:
Информатика. Базовый курс/ Симонович С.В. и др. -
СПб: Издательство "Питер",2000.
Угринович Н.Д. Информатика и информационные
технологии. Учебное пособие для 10-11 классов.
Углубленный курс. - М.: Лаборатория Базовых
Знаний, 2000.
Информатика. Задачник-практикум в 2т./ Под ред. И.Г.
Семакина, Е.К.Хеннера: Том. 1. - М.: Лаборатория
Базовых Знаний, 1999.
Семакин И. Информатика. Учебник по базовому
курсу. - М.: ООО "Издательство Лаборатория
Базовых Знаний", 1998.
Ответы к экзаменационным билетам по информатике.
/ А.А. Кузнецов, Н.Д. Угринович и др. - М.:
Издательство "Дрофа", 2000
