Понятие об информации. Представление информации

Планирование уроков на учебный год


Урок 1
Техника безопасности и организация рабочего места
Понятие об информации. Представление информации



Техника безопасности и организация рабочего места







ЗАПОМНИТЕ! К каждому рабочему месту подведено опасное для жизни напряжение.

Во время работы следует быть предельно внимательным.

Во избежание несчастного случая, поражения электрическим током, поломки оборудования рекомендуется выполнять следующие правила:
• Входите в компьютерный класс спокойно, не торопясь, не толкаясь, не задевая мебель и оборудование и только с разрешения преподавателя.
• Не включайте и не выключайте компьютеры без разрешения преподавателя.
• Не трогайте питающие провода и разъёмы соединительных кабелей.
• Не прикасайтесь к экрану и тыльной стороне монитора.
• Не размещайте на рабочем месте посторонние предметы.
• Не вставайте со своих мест, когда в кабинет входят посетители.
• Не пытайтесь самостоятельно устранять неисправности в работе аппаратуры; при неполадках и сбоях в работе компьютера немедленно прекратите работу и сообщите об этом преподавателю.
• Работайте на клавиатуре чистыми, сухими руками; легко нажимайте на клавиши, не допуская резких ударов и не задерживая клавиши в нажатом положении.

ЗАПОМНИТЕ! Если не принимать мер предосторожности, работа за компьютером может оказаться вредной для здоровья.

Чтобы не навредить своему здоровью, необходимо соблюдать ряд простых рекомендаций:
• Неправильная посадка за компьютером может стать причиной боли в плечах и пояснице. Поэтому садитесь свободно, без напряжения, не сутулясь, не наклоняясь и не наваливаясь на спинку стула. Ноги ставьте прямо на пол, одна возле другой, но вытягивайте их и не подгибайте.
• Если стул с регулируемой высотой, то её следует отрегулировать так, чтобы угол между плечом и предплечьем был чуть больше прямого. Туловище должно находиться от стола на расстоянии 15-16 см. Линия взора должна быть направлена в центр экрана. Если вы имеете очки для постоянного ношения, работайте в очках.
• Плечи при работе должны быть расслаблены, локти — слегка касаться туловища. Предплечья должны находиться на той же высоте, что и клавиатура.
• При напряжённой длительной работе глаза переутомляются, поэтому каждые 5 минут отрывайте взгляд от экрана и смотрите на что-нибудь, находящееся вдали.

Правильная посадка

image

Самое главное


1. При работе за компьютером необходимо помнить: к каждому рабочему месту подведено опасное для жизни напряжение. Поэтому во время работы надо быть предельно внимательным и соблюдать все требования техники безопасности.

2. Чтобы работа за компьютером не оказалась вредной для здоровья, необходимо принимать меры предосторожности и следить за правильной организацией своего рабочего места.

Плакат «Техника безопасности»


image



Понятие об информации. Представление информации


Окружающий мир очень разнообразен и состоит из огромного количества взаимосвязанных объектов. Чтобы найти свое место в жизни, вы с раннего детства вместе с родителями, а затем с учителями шаг за шагом познаете все это многообразие. В школе вы приобретаете знания, которые накопило человечество за многие тысячелетия. Каждая учебная дисциплина помогает вам познать мир с позиции своей области знаний.

image

Так, на уроках географии вы изучаете географические объекты и процессы, происходящие на планете Земля, а на уроках истории знакомитесь с этапами развития человеческого общества. Объектами изучения биологии являются представители живой природы: растения, животные, человек. На уроках физики вы изучаете физические свойства объектов и физические процессы, а на уроках химии — химические свойства объектов и химические процессы. Таким образом, вы формируете физическую, биологическую, историческую и другие картины мира.

Чтобы свести эти представления в единое целое, надо попытаться найти что-то общее во всем этом многообразии. Этим общим является информация. Человек получает информацию из окружающего мира и на основании этой информации формирует свое представление о нем, то есть создает информационную картину мира. Очень важно, чтобы человек научился правильно воспринимать мир, получая и обрабатывая для этого необходимую информацию.

Этот раздел позволит вам встать на путь формирования представления об информационной картине мира. Что для этого надо? Окончательный ответ на этот вопрос сегодня дать очень трудно. Однако совершенно очевидно, что сначала надо научиться целенаправленной работе с информацией.

Любой человек воспринимает информацию с помощью органов чувств и представляет ее в удобной для дальнейшей работы форме с помощью какого-либо языка. Важно правильно выбрать язык и форму представления информации, чтобы они были понятны окружающим. Форма представления информации может быть различной в зависимости от области ее использования и возможностей человека, работающего с ней. Для того чтобы ориентироваться в огромном море разнообразной информации, необходимо знать, какими свойствами она обладает и какие действия с ней можно совершать.

Однако информация существует не сама по себе. Информация несет человеку знания обо всем, что его окружает и происходит вокруг, то есть об объектах, процессах и явлениях реального мира. В этом разделе вы познакомитесь с такими понятиями, как объект, система, информационный процесс, научитесь выделять наиболее существенную о них информацию, чтобы составленная вами информационная картина мира достаточно полно отражала многообразие окружающего мира. Очень важное значение имеют темы, посвященные моделям и моделированию. Что такое информационная модель и как ее создать, чем отличаются информационная модель объекта и системы, что такое моделирование и какие этапы надо пройти, чтобы получить ожидаемый результат — это только небольшая часть вопросов, на которые вы получите ответы, изучив материал этого раздела.

В окружающем мире всюду протекают различные информационные процессы, управление которыми позволяет человеку грамотно организовать не только производство, но и отношения между людьми. Для того чтобы принимать продуманные, а не скоропалительные решения, надо учиться анализировать все, что происходит вокруг, и уметь делать выводы. Это возможно только при условии, что вы научитесь работать с информацией, привлекая при необходимости современные технические средства, в том числе и компьютер.

Из этого раздела вы узнаете, как человек воспринимает информацию об окружающем мире, в чем заключается информационная деятельность человека, какие устройства ему в этом помогают, какую роль играет при этом компьютер.

Приобретение, хранение, умножение знаний основывается на умении собирать и целенаправленно обрабатывать информацию об объектах окружающего мира.

Тема 1.
Понятие об информации







Изучив эту тему, вы узнаете:
- что означает термин «информация»;
- какие виды информации существуют;
- как человек воспринимает информацию;
- какими свойствами обладает информация.

1.1. Что такое информация


Познавая окружающий мир, каждый из нас формирует свое представление о нем. Ежедневно мы узнаем что-то новое — получаем информацию.

Термин «информация» в переводе с латинского означает «разъяснение, изложение, набор сведений». Информация — это очень емкое и глубокое понятие, которому не просто дать четкое определение. Информацию вы получаете из разных источников: когда читаете или слушаете, смотрите телепередачу или разглядываете картину в музее, дотрагиваетесь до предмета или пробуете какую-нибудь еду и пр. Информация всегда предназначена конкретному получателю, в некоторых областях деятельности называемому приемником.

image

Существует информация для узкого круга людей, специализирующихся в определенной научной области: химии, биологии, математике, физике, информатике, литературе и пр. Такую информацию называют научной.

image

Информация, которую вы получаете при знакомстве с произведением искусства (картины, музыкальные произведения, танцы, киноискусство), вызывает разнообразные чувства, эмоции, настроение. Такую информацию называют эстетической.

Для человека важную роль также играют сведения, распространяемые средствами массовой информации: радио, телевидением, газетами и журналами. Это и общественно-политическая, и научно-популярная, и культурологическая информация, которая позволяет человеку узнавать о событиях в мире, науке и искусстве.

Есть еще информация, предназначенная только для одного человека — совершенно секретная или очень личная. Например, готовя подарок ко дню рождения своего друга, вы постараетесь сохранить эту информацию в тайне.

Информация несет человеку знания об окружающем мире.

В наши дни человечество накопило огромное количество информации! Подсчитано, что общая сумма человеческих знаний до недавнего времени удваивалась каждые 50 лет. Сейчас объем информации удваивается через каждые два года. Представьте себе колоссальную библиотеку, содержащую эти сведения! От умения человека правильно воспринимать и обрабатывать информацию зависит во многом его способность к познанию окружающего мира.

1.2. Восприятие информации


Мир вокруг нас полон всевозможных образов, звуков, запахов, и всю эту информацию доносят до сознания человека его органы чувств: зрение, слух, обоняние, вкус и осязание. С их помощью человек формирует свое первое представление о любом предмете, живом существе, произведении искусства, явлении и пр. 

Глазами люди воспринимают зрительную (визуальную) информацию. Это может быть текст книги, картина в музее, географическая карта, дорожный знак, танец балерины.

image

Органы слуха доставляют информацию в виде звуков (аудиальную): речь, звонки телефона, пение птиц, музыку, шум. У разных людей этот орган чувств может работать по-разному: одни слышат лучше, другие — хуже. Современники великого скрипача Николо Паганини утверждали, что он слышал переговаривающихся шепотом людей на расстоянии 10 метров.

image

Органы обоняния позволяют человеку ощущать запахи. Обычно вы не задумываетесь о том, что окружающие вас запахи — это тоже очень важная информация. Когда вы хотите охарактеризовать запах, то стараетесь дать ему сравнительную оценку: тяжелый, легкий, пряный, приятный. Существует очень редкая специальность — «парфюмер». Этот человек смешивает экстракты разных цветов, фруктов и получает новое сочетание, которое используется при изготовлении духов, туалетной воды и других парфюмерных изделий. Иногда запахи усиливают восприятие окружающего мира. Например, запах бергамотного масла обостряет зрительные ощущения, а запах герани — слух.

image

Органы вкуса несут человеку информацию о вкусе еды. Представьте себе, что было бы, если бы вы не обладали этим чувством! Вы не смогли бы отличить апельсин, например, от соленых огурцов. Исторические исследования показали, что встречаются люди с обостренным чувством вкуса. Например, найдены записи о том, что древнеримские гастрономы по вкусу рыбы определяли, в каком месте реки Тибр она была выловлена.

image

Органы осязания позволяют получить другую информацию, например о температуре предмета (горячий или холодный), о состоянии поверхности (гладкая или шершавая, мокрая или сухая). Такая информация называется тактильной. Оказавшись в полной темноте, вы не сможете отличить черный шарик от белого. Зато если один из них сделан из резины, а другой из стекла, то вы без труда их различите. Для этого достаточно их ощупать кончиками пальцев.

Каждый запах, цвет и звук действуют на человека. Одни цвета раздражают, другие успокаивают. Например, красный цвет считается согревающим, активным, жизнерадостным; желтый цвет — теплым, веселым. Звуки оказывают влияние на эмоции и физическое состояние человека. Например, грустная музыка учащает и углубляет дыхание и пульс, радостная — имеет обратное воздействие.

Виды информации, которые человек получает с помощью органов чувств, называют органолептпической информацией. Практически 90 % информации человек получает при помощи органов зрения, примерно 9 % — посредством органов слуха и только 1 % — при помощи остальных органов чувств.

Однако информацию может воспринимать не только человек, но и животные и растения. Вы много читали или слышали о способностях собак, работающих в спасательных службах. Их органы обоняния настолько чутки, что позволяют находить людей даже под снегом. Собаки чувствительны к запахам следов, но у них понижено восприятие запахов трав, цветов, которые образуют фон. Многие животные слышат высокие звуки, которые не способен воспринять человек. Органы чувств человека и животных по-разному воспринимают окружающий мир. 

1.3. Свойства информации


Люди, обмениваясь между собой информацией, постоянно должны задавать себе вопросы: понятна, актуальна и полезна ли она для окружающих, достоверны ли полученные сведения. Это позволит лучше понять друг друга, найти правильное решение в любой ситуации. Вы постоянно анализируете свойства информации, часто не придавая этому значения. В повседневной жизни от свойств информации часто зависят жизнь и здоровье людей, экономическое развитие общества.

image

В каком классе информации дают больше — в 8-м или 10-м? «Конечно, в десятом», — скажете вы. Может быть, сразу пойти в 10-й класс, получить всю информацию за один год и быстрее закончить школу? Оказывается, не все так просто. В 10-м классе информации вы получите больше, но вот поймете ли ее? Учебник по физике 8-го класса содержит для вас полезную информацию, но для ученика 10-го класса в нем нет ничего нового. Учебник по физике 10-го класса совершенно непонятен восьмикласснику, так как в нем содержатся «странные» термины и формулы. Информация становится понятной, если она выражена языком, который воспринимает тот, кому она предназначена. Предположим, к вам обратится иностранец с просьбой объяснить, как пройти к какому-нибудь памятнику архитектуры. Смогли бы вы ему помочь, не зная иностранного языка?

image

Однако не только это важно в жизни. Лишь актуальная — вовремя полученная информация может принести пользу людям. Недаром существуют прогнозы погоды, а ученые стараются найти более надежные способы предупреждения о землетрясениях, ураганах, других стихийных бедствиях.

image

Иногда бывает, что в процессе разговора по телефону расслышать собеседника мешает шум, из-за чего вы не всегда точно воспринимаете информацию. Такое случается и в других ситуациях. Если вы отправили телеграмму с просьбой встретить вас на вокзале, а телеграфист ошибся в дате, то вряд ли вас встретят вовремя. Недостоверная информация может привести к неправильному пониманию или принятию неверного решения.

Если двое договорились о встрече в определенное время, то едва ли они найдут друг друга, не договорившись еще и о месте встречи. Если вы сели за руль автомобиля, не зная, как им управлять, то вряд ли далеко уедете — вы обладаете неполной информацией для управления автомобилем. Неполнота информации сдерживает принятие решений или может повлечь ошибки. Информация полна, если ее достаточно для понимания и принятия решений. Значит, информация должна быть еще полной и достоверной.

В любой ситуации, даже очень простой и обыденной, вам нужна актуальная, достоверная, полная, понятная и полезная информация. Рассмотрим несколько ситуаций.

image

Утром, собираясь в школу, вы обязательно смотрите на часы — вам нужна только достоверная информация. Кроме того, вы наверняка выглянете в окно или посмотрите на термометр, чтобы решить, что надеть. Это актуальная информация. Затем идете в школу и находите кабинет согласно расписанию. Вам нужна полная и достоверная информация, иначе невозможно отыскать нужный кабинет.

image

Вы часто пользуетесь географической картой для определения маршрута поездки, знакомства с новой страной, изучения исторических событий. Карта всегда служила человеку источником информации о земной поверхности. Она также является важным инструментом для исследования в различных областях. Такие задачи, как соотнесение с реальной местностью и координирование строительных работ, геодезия, геология, решают с помощью карт. Поэтому здесь жизненно важно соответствие карт реальной местности — их достоверность и полнота. Сейчас создаются «Геоинформационные системы» — живые карты на компьютере. Информация в них поступает со спутников, анализируется, обрабатывается.
Такие системы позволяют решать даже нетрадиционные задачи:
◊ прогноз объема продаж и потенциала рынка, так как могут отображать информацию о расположении магазинов, ассортименте товаров, демографические данные;
◊ анализ ситуации и выбор оптимального решения для ликвидации последствий экологических аварий;
◊ построение моделей гидрографической сети и определение участков затоплений;
◊ построение моделей рельефа поверхности Земли.

Все карты описаны специальным языком, который понятен лишь специалисту. Это означает, что информация доступна не всем. Каждый символ для специалиста несет большой объем достоверной, объективной и понятной информации, которая недоступна тем, кто не знает этого языка.

В современных «космических технологиях», используемых, в частности, на борту космической станции «Мир», решающую роль играет информация, полученная с помощью различных приборов. Например, расположение станции относительно Солнца важно для работы солнечных батарей. Малейшая неточность, и корабль лишится энергии. Такая информация должна быть актуальной, достоверной и полной. 

Контрольные вопросы и задания



1. Как вы понимаете, что такое информация?
2. Какую роль играет информация в жизни человека?
3. Приведите примеры специальной информации, с которой вы встречаетесь на уроках.
4. Как называется информация, получаемая человеком с помощью органов чувств?
5. Перечислите виды информации, воспринимаемые человеком. Приведите примеры.
6. Приведите примеры восприятия информации животными, растениями.
7. Какими свойствами обладает информация? Дайте характеристику каждому свойству.
8. Зависят ли свойства информации от человека — получателя? Объясните.
9. Приведите примеры актуальной, достоверной информации, используемой в повседневной жизни.
10. Какими свойствами обладает информация, с которой вы встречаетесь на уроках?
11. Приведите примеры, доказывающие жизненную важность достоверной, актуальной, полной информации.

Тема 2.
Представление информации







Изучив эту тему, вы узнаете:
- что является основой представления информации;
- какие бывают формы представления информации;
- что такое код и кодирование информации;
- какие единицы измерения используются для определения объема информации;
- как кодируется в компьютере текстовая, числовая, графическая и звуковая информация.

2.1. Форма и язык представления информации


Воспринимая информацию с помощью органов чувств, человек стремится зафиксировать ее так, чтобы она стала понятной и другим, представляя ее в той или иной форме.

image

Музыкальную тему композитор может наиграть на пианино, а затем записать с помощью нот. Образы, навеянные все той же мелодией, поэт может воплотить в виде стихотворения, хореограф выразить танцем, а художник — в картине.

Человек выражает свои мысли в виде предложений, составленных из слов. Слова, в свою очередь, состоят из букв. Это — алфавитное представление информации.

image

Форма представления одной и той же информации может быть различной. Это зависит от цели, которую вы перед собой поставили. С подобными операциями вы сталкиваетесь на уроках математики и физики, когда представляете решение в разной форме. Например, решение задачи: «Найти значение математического выражения у = 5х + 3, при х = -3; -2;  -1; 0; 1; 2; 3» можно представить в табличной или графической форме. Для этого вы пользуетесь визуальными средствами представления информации: числами, таблицей, рисунком.

Таким образом, информацию можно представить в различной форме:
знаковой письменной, состоящей из различных знаков, среди которых принято выделять:
     ♦ символьную в виде текста, чисел, специальных символов (например, текст учебника);
     ♦ графическую (например, географическая карта);
     ♦ табличную (например, таблица записи хода физического эксперимента);
в виде жестов или сигналов (например, сигналы регулировщика дорожного движения);
устной словесной (например, разговор).

Форма представления информации очень важна при ее передаче: если человек плохо слышит, то передавать ему информацию в звуковой форме нельзя; если у собаки слабо развито обоняние, то она не может работать в розыскной службе. В разные времена люди передавали информацию в различной форме с помощью: речи, дыма, барабанного боя, звона колоколов, письма, телеграфа, радио, телефона, факса. Независимо от формы представления и способа передачи информации, она всегда передается с помощью какого-либо языка.

На уроках математики вы используете специальный язык, в основе которого — цифры, знаки арифметических действий и отношений. Они составляют алфавит языка математики.

На уроках физики при рассмотрении какого-либо физического явления вы используете характерные для данного языка специальные символы, из которых составляете формулы. Формула — это слово на языке физики.

На уроках химии вы также используете определенные символы, знаки, объединяя их в «слова» данного языка.

Существует язык глухонемых, где символы языка — определенные знаки, выражаемые мимикой лица и движениями рук. 

image

Основу любого языка составляет алфавит — конечный набор знаков (символов) любой природы, из которых формируется сообщение.

Языки делятся на естественные (разговорные) и формальные. Алфавит естественных языков зависит от национальных традиций. Формальные языки встречаются в специальных областях человеческой деятельности (математике, физике, химии и т. д.). В мире насчитывается около 10 ООО разных языков, диалектов, наречий. Многие разговорные языки произошли от одного и того же языка. Например, от латинского языка образовались французский, испанский, итальянский и другие языки.

2.2. Кодирование информации


image

С появлением языка, а затем и знаковых систем расширились возможности общения между людьми. Это позволило хранить идеи, полученные знания и любые данные, передавать их различными способами на расстояние и в другие времена — не только своим современникам, но и будущим поколениям. До наших дней дошли творения предков, которые с помощью различных символов увековечили себя и свои деяния в памятниках и надписях. Наскальные рисунки (петроглифы) до сих пор служат загадкой для ученых. Возможно, таким способом древние люди хотели вступить в контакт с нами, будущими жителями планеты и сообщить о событиях их жизни.

Каждый народ имеет свой язык, состоящий из набора символов (букв): русский, английский, японский и многие другие. Вы уже познакомились с языком математики, физики, химии. Представление информации с помощью какого-либо языка часто называют кодированием. 

image    Код — набор символов (условных обозначений) для представления информации. Кодирование — процесс представления информации в виде кода.

Водитель передает сигнал с помощью гудка или миганием фар. Кодом является наличие или отсутствие гудка, а в случае световой сигнализации — мигание фар или его отсутствие.

image

Вы встречаетесь с кодированием информации при переходе дороги по сигналам светофора. Код определяют цвета светофора — красный, желтый, зеленый.

В основу естественного языка, на котором общаются люди, тоже положен код. Только в этом случае он называется алфавитом. При разговоре этот код передается звуками, при письме — буквами. Одну и ту же информацию можно представить с помощью различных кодов. Например, запись разговора можно зафиксировать посредством русских букв или специальных стенографических значков.

image

По мере развития техники появлялись разные способы кодирования информации. Во второй половине XIX века американский изобретатель Сэмюэль Морзе изобрел удивительный код, который служит человечеству до сих пор. Информация кодируется тремя «буквами»: длинный сигнал (тире), короткий сигнал (точка) и отсутствие сигнала (пауза) для разделения букв. Таким образом, кодирование сводится к использованию набора символов, расположенных в строго определенном порядке.

Люди всегда искали способы быстрого обмена сообщениями. Для этого посылали гонцов, использовали почтовых голубей. У народов существовали различные способы оповещения о надвигающейся опасности: барабанный бой, дым костров, флаги и т. д. Однако использование такого представления информации требует предварительной договоренности о понимании принимаемого сообщения. 

Знаменитый немецкий ученый Готфрид Вильгельм Лейбниц предложил еще в XVII веке уникальную и простую систему представления чисел. «Вычисление с помощью двоек... является для науки основным и порождает новые открытия... при сведении чисел к простейшим началам, каковы 0 и 1, везде появляется чудесный порядок».

В 1676 году Лейбниц занялся исследованием математических законов применительно к двоичной системе счисления. Лейбницу первому пришла мысль использовать двоичные числа в вычислительном устройстве. Однако числа в двоичной системе представлялись длинными цепочками двоичных разрядов, и это трудно было воспроизвести в техническом устройстве. Поэтому разработанная Лейбницем механическая разностная машина выполняла арифметические действия над десятичными числами.

В 1816 году английский математик Джордж Буль подхватил идею Лейбница и создал универсальный логический язык, подчиняющийся математическим законам. С помощью этого языка Буль предложил кодировать высказывания, а затем манипулировать ими подобно тому, как в математике манипулируют обычными числами.

В 1867 году американский ученый Чарльз Сандерс Пирс применил законы математической логики для описания электрических переключательных схем.

С помощью двух цифр 0 и 1 можно отображать не только числа, но и знакомые всем жизненные понятия, которые по своей сути имеют два противоположных состояния, например день и ночь, добро и зло, свет и тьма, истина и ложь и т. д.

Достижения ученых и изобретателей, вносивших свой вклад в развитие двоичной математики и логики на протяжении многих лет, нашли реальное воплощение только в середине XX века, когда была создана первая цифровая вычислительная машина. С тех пор прошло много лет, но и по сей день в основе работы всех устройств современного компьютера лежат законы математики и логики применительно к двоичной системе счисления. 

2.3. Представление информации в компьютере


Единицы измерения объема информации в компьютере

Способ преобразования разнообразной информации в последовательность нулей и единиц двоичного кода, то есть записи ее на строгом математическом языке, широко используется в технических устройствах, в том числе и в компьютере.

С помощью двух цифр 0 и 1 можно закодировать любое сообщение. При создании первой вычислительной машины такой способ представления информации привлек к себе внимание именно простотой технической реализации: есть сигнал — это 1, нет сигнала — это 0.

Символы двоичного кода 0 и 1 принято называть двоичными цифрами или битами (от англ. binary digit — двоичный знак). Бит является минимальной единицей измерения объема информации. Объем информации в сообщении определяется количеством битов.

image    Бит — наименьшая единица измерения объема информации.

Более крупной единицей измерения объема информации служит 1 байт, состоящий из 8 битов.

Принято также использовать и более крупные единицы измерения объема информации, которые приведены в таблице 2.1. Число 1024 (210) является множителем при переходе к более высокой единице измерения.

Для преобразования информации в двоичные коды и обратно в компьютере должно быть организовано два процесса:
кодирование — преобразование входной информации в машинную форму, то есть в двоичный код;
декодирование — преобразование двоичного кода в форму, понятную человеку.

Кодирование обеспечивается устройствами ввода, а декодирование — устройствами вывода. 

Таблица 2.1. Единицы измерения объема информации

image

Кодирование числовой информации

Числа в компьютере представляются в двоичной системе счисления, то есть посредством двух цифр — 0 и 1. Это позиционная система, из чего следует, что вес цифры 1 зависит от места (позиции), которое эта цифра занимает в числе. Любое число можно разложить по степеням основания системы счисления, в том числе и двоичной. Принято при работе с разными системами счисления внизу около числа ставить цифру для обозначения конкретной системы счисления, например, 11012, 12013, 32045, 305810, 8B50D16.

Для сравнения рассмотрим два примера представления чисел:

     ♦ в десятичной системе счисления число 305810 можно представить следующим образом:
305810 = 3х103 + 0х102 + 5х101 + 8x100 = 3х103 + 5х101 + 8x100,
где степени числа 10 (основания системы) соответствуют номеру позиции цифры в числе;
     ♦ в двоичной системе счисления число 11012 можно представить следующим образом:
11012 = 1х23 + 1х22 + 0x21 + 1x20 = 23 + 22 + 20 = 1310,
где степени числа 2 (основания системы) соответствуют номеру позиции цифры в числе.

В компьютере различают представление целых и действительных чисел.

Целые числа представляются в виде одного, двух или четырех байт со знаком или без знака. Форматы без знака существуют только для положительных чисел. В форматах со знаком знак числа определяет старший разряд: 0 — положительное, 1 — отрицательное. Такое представление получило название представления с фиксированной точкой.

Действительные числа в двоичной системе счисления представляются в экспоненциальном виде:

А2 = ±М2x2р,

где М2 — мантисса числа в виде правильной дроби, а Р — порядок, показывающий, на сколько разрядов должна переместиться десятичная точка мантиссы для получения исходного числа.

Такое представление получило название представления с плавающей точкой.

Кодирование текстовой информации

Нажатие любой алфавитно-цифровой клавиши на клавиатуре приводит к тому, что в компьютер посылается сигнал в виде двоичного числа, представляющего собой одно из значений кодовой таблицы. Кодовая таблица — это внутреннее представление символов в компьютере. Долгое время во всем мире в качестве стандарта была принята таблица ASCII (American Standard Code for Informational Interchange -г- Американский стандартный код информационного обмена).

При таком кодировании для хранения двоичного кода одного символа выделялся 1 байт = 8 бит. Учитывая, что каждый бит может принимать значение 1 или 0, количество возможных кодовых комбинаций (сочетаний единиц и нулей) для отображения символов равнялось 28 = 256.

В стандарте ASCII коды первых 128 символов от 0 до 127 отводились для цифр, букв латинского алфавита и управляющих символов. Вторая половина кодовой таблицы (от 128 до 255) американским стандартом не была определена и предназначалась для символов национальных алфавитов, псевдографики и некоторых математических символов.

В настоящее время для кодирования текстовой информации в основном используется стандарт Unicode, как результат сотрудничества Международной организации по стандартизации с ведущими производителями компьютеров и программного обеспечения. Цель создания этого стандарта — единая таблица для всех национальных языков (для 25 реально существующих письменностей).

Для кодирования алфавитов всех национальных языков достаточно 16-битного представления (по 2 байта на символ). Каждому национальному алфавиту выделен свой блок с кодами символов этой письменности.

К настоящему времени кодирование всех официальных письменностей можно считать завершенным. Unicode 3.2 помимо русского языка поддерживает следующие языки народов России с дополнительными кириллическими буквами: башкирский, бурятский, калмыцкий, коми, ненецкий, осетинский и многие другие.

Как перспектива развития стандарта Unicode — это освоение 21-битного пространства кодов для кодирования письменности «мертвых» языков, дополнительных китайских иероглифов и искусственно созданных алфавитов.

Кодирование графической информации

Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами — как растровое или как векторное изображение. Для каждого вида изображения используется свой способ кодирования.

Растровое изображение представляет собой совокупность точек, используемых для его отображения на экране монитора. Объем растрового изображения определяется как произведение количества точек и информационного объема одной точки, который зависит от количества возможных цветов. Чем больше цветов, тем длиннее должен быть код данного цвета. Количество битов на кодирование одного цвета принято называть глубиной цвета. 

Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен 1 биту, так как точка может быть либо черной, либо белой,-что можно закодировать двумя цифрами — 0 или 1.

Рассмотрим, сколько потребуется бит для отображения цветной точки: для 8 цветов необходимо 3 бита; для 16 цветов — 4 бита; для 256 цветов — 8 битов (1 байт).

Векторное изображение представляет собой графический объект, состоящий из графических примитивов. Каждый примитив состоит из элементарных отрезков кривых, параметры которых (координаты узловых точек, радиус кривизны и пр.) описываются математическими формулами. Для каждой линии указываются ее тип (сплошная, пунктирная, штрих-пунктир- ная), толщина и цвет, а замкнутые фигуры дополнительно характеризуются типом заливки. Кодирование векторных изображений выполняется различными способами в зависимости от прикладной среды. В частности, формулы, описывающие отрезки кривых, могут кодироваться как обычная буквенно-цифро- вая информация для дальнейшей обработки специальными программами.

Кодирование звука

Звук представляет собой непрерывный сигнал — звуковую волну с меняющейся амплитудой и частотой. Громкость сигнала зависит от его амплитуды (чем больше амплитуда, тем громче сигнал). Тон сигнала зависит от его частоты (чем больше частота сигнала, тем выше тон). Частота звуковой волны выражается числом колебаний в секунду и измеряется в герцах (Гц, Hz). Человеческое ухо способно воспринимать звуки в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Этот диапазон частот называют звуковым.

При кодировании звуковой информации непрерывный сигнал разбивается на равные по длительности интервалы времени (дискреты). При этом предполагается, что на каждом участке сигнал не изменяется, то есть имеет постоянный уровень, который может быть представлен двоичным кодом. Очевидно, что такая замена реального сигнала на совокупность уровней отражается на качестве звука. Поэтому чем меньше временные интервалы (дискреты), тем точнее сигнал можно представить в виде кодов. 

Важной характеристикой при кодировании звука является частота дискретизации — это количество измерений уровней сигнала за 1 секунду. Другой важной характеристикой является глубина кодирования звука — количество битов, отводимое на одно измерение уровня звукового сигнала.

Кто хоть раз играл в компьютерные игры или, например, получал справку о текущем времени по телефону, имел дело с синтезированным звуком. Вывод подобных звуков осуществляется синтезатором, который считывает из памяти последовательность хранящихся там звуковых кодов. На подобном принципе основан таблично-волновой способ кодирования. В заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков окружающего мира, музыкальных инструментов и пр. и их числовые коды. Числовые коды выражают высоту тона, продолжительность и интенсивность звука и прочие параметры, характеризующие особенности звука. Поскольку в качестве образцов используются «реальные» звуки, то качество звука, полученного в результате синтеза, получается очень высоким и приближается к реальному качеству звучания.

Контрольные вопросы и задания


1. Какие формы представления информации вы знаете?
2. Представьте информацию о погоде в различной форме.
3. С помощью чего передается информация?
4. Что такое алфавит? Приведите примеры алфавитов.
5. Где применяются естественные языки? Приведите примеры.
6. Где применяются формальные языки? Приведите примеры.
7. Что такое код и кодирование?
8. Приведите примеры кодирования информации, используемой в математике, физике, химии, биологии, географии.
9. Какое значение имеет кодирование в развитии человечества?
10. Придумайте три своих способа кодирования русскйх букв, используя различные формы представления информации.
11. Какой алфавит нашел наибольшее распространение в различных сферах деятельности? Как называются символы этого алфавита? 
12. Что такое один байт?
13. Укажите, что принято за единицу измерения объема информации: 1 байт, 1 бит, 1 килобит?
14. Что больше — 1 Кбайт или 1000 байт?
15. Какие единицы измерения объема информации вы знаете?
16. Укажите правильный порядок возрастания единиц измерения объема информации и укажите их соотнесение друг с другом:


а) бит, байт, гигабайт, килобайт;
б) байт, мегабайт, килобайт, гигабайт;
в) байт, килобайт, мегабайт, гигабайт;
г) байт, килобайт, гигабайт, мегабайт.
17. На стандартно оформленной машинописной странице должно быть 30 строк по 60 символов в каждой. Определите информационный объем страницы в битах (килобит) и байтах (килобайтах). Объем информации, содержащийся в одном символе (букве, цифре, специальном символе или пробеле), равен одному байту.
18. На стандартно оформленной машинописной странице помещается 30 строк по 60 символов в каждой. Определите информационный объем страницы в байтах и мегабайтах при кодировании в кодах ASCII и Unicode.
19. Как кодируется растровое изображение?
20. Что такое глубина цвета?
21. Как кодируется векторное изображение?
22. Как кодируется музыка?
23. Что такое глубина кодирования звука?





Наверх