Урок 2
Тема 3. Информационная деятельность человека

Изучив эту тему, вы узнаете:

- что любую информацию можно разделить на входную и выходную;
- как человек преобразовывает входную информацию в выходную;
- какие действия можно совершать с информацией.

3.1. Сбор информации

Приходится признать, что органы чувств — наш главный инструмент познания мира — не самые совершенные приспособления. Не всегда они точны и не всякую информацию способны воспринять. Не случайно о грубых, приблизительных вычислениях говорят: «на глаз». Если бы не было специальных приборов, то вряд ли человечеству удалось бы проникнуть в тайны живой клетки или отправить к Марсу и Венере космические зонды.

Вся деятельность человека связана с различными действиями с информацией, и помогают ему в этом разнообразные технические устройства. Любое научное знание начинается тогда, когда мы можем оценить полученную информацию, сравнить ее, а значит измерить. Поэтому для получения недоступной обычным органам чувств информации широко используются специальные технические устройства.

Одно из древнейших сооружений, используемое для получения астрономической информации, находится в Англии недалеко от города Солсбери. Это Стоунхендж — «висячие камни». Он был построен примерно во II веке до н. э. Стоунхендж состоит из поставленных вертикально каменных столбов, расположенных концентрическими кольцами. На вертикальных камнях лежат горизонтальные перекладины, своего рода арки. В 1963 году с помощью новейших методов исследования было установлено, что каменные арки дают направления на крайние положения Солнца и Луны, а 56 белых лунок помогают предсказать время Солнечного и Лунного затмений.

Одно из древнейших устройств — весы. С их помощью люди получают информацию о массе объекта. Еще один наш старый знакомый — термометр — служит для измерения температуры окружающей его среды. Метеорологи используют и другие приборы: гигрометр — для определения влажности воздуха, барометр — для отслеживания значений атмосферного давления, анемометр — для измерения скорости перемещения воздушных потоков.

Любой точный измерительный прибор содержит датчик, то есть устройство, поставляющее информацию. Это своего рода «орган чувств» технического устройства.

В 1609 году Галилео Галилей (1564-1642) изготовил зрительную трубу для наблюдения за звездами. Она обладала 32-кратным увеличением. Собирая с помощью телескопа информацию о состоянии и движении небесных тел, ученый сделал много важных наблюдений: открыл фазы Венеры и четыре спутника Юпитера, описал поверхность Луны.

3.2. Обработка информации

Приобретая жизненный опыт, наблюдая мир вокруг себя, иначе говоря — накапливая все больше и больше информации, человек учится делать выводы. В древности люди говорили, что человек познает мир с помощью органов чувств и осмысливает познанное разумом.

Кто не слышал в детстве родительские наставления: «Не тронь чайник, обожжешься!» Но стоит взрослому отвернуться — и любопытный ребенок уже тянется к чайнику, кипящему на плите. Результат: легкий ожог, громкий плач и усвоенный на всю жизнь опыт. Заметьте, что информация, приобретенная таким образом, запоминается неосознанно, без размышлений. Она хранится в глубине памяти человека, а в нужный момент словно сама собой вспоминается. Каждый раз, случайно коснувшись горячей поверхности, мы отдергиваем руку, потому что у всех нас в детстве был свой «горячий чайник». Если проанализировать, почему так происходит, то можно сделать вывод о преобразовании (обработке) информации.

Прикоснувшись к горячей поверхности, мы получили информацию при помощи органов осязания. Нервная система передала ее в мозг, где на основе имеющегося опыта был сделан вывод об опасности. Сигнал от мозга был послан в мышцы рук, которые мгновенно сократились.

Аналогичные процессы обработки информации происходят и в тот момент, когда при первых же аккордах знакомой мелодии сразу улучшается настроение или появляются слезы. Все это примеры неосознанной обработки информации, которая ведется как бы «помимо нас», неосознанно.

Можно привести много примеров осознанной обработки информации. В этом случае человек создает новую информацию, опираясь на поступающие сведения — так называемую входную информацию — и на запас имеющихся у него знаний и опыта.

Например, на уроках химии школьник изучает правила и законы (приобретает определенные знания и навыки). Когда учитель предлагает очередную задачу (входная информация), ученик обдумывает последовательность решения, вспоминая, какие из изученных правил ему необходимо применить. Наконец, он находит ответ. Эта новая информация, созданная учеником в результате обработки входной информации, называется выходной.

Таким образом, выходная информация всегда является результатом мыслительной деятельности человека по обработке входной информации. Можно сказать, что человек постоянно занимается обработкой входной информации, преобразуя ее в выходную.

    Входная информация — информация, которую получает человек или устройство. Выходная информация — информация, которая получается после обработки человеком или устройством.

Приведем еще несколько примеров обработки информации.

Глядя на звездное небо, звездочеты получали информацию о расположении звезд. Они интерпретировали ее, основываясь на своем опыте и знаниях, и создавали выходную информацию в виде гороскопов.

В древности люди решили, что Солнцу, Луне и каждой планете Солнечной системы (планета Плутон была открыта значительно позже) соответствует определенное число:

Последовательно складывая все цифры, составляющие дату своего рождения, вы можете определить «свою» планету. Например:
04.11.1981 —› 4 + 1 + 1 + 1 + 9 + 8 + 1 = 25 —› 2 + 5 = 7 —› Сатурн.

Что здесь является входной, а что выходной информацией? Входная — это дата рождения, выходная — это число, которому соответствует определенная планета.

Очень часто, собрав информацию с помощью измерительных приборов, человек приступает к ее обработке, используя различные технические устройства. Среди них особую роль играет компьютер, обладающий уникальной способностью быстро обрабатывать большие объемы информации. Он перерабатывает входную информацию и выдает результат, который оценивается человеком.

Входная и выходная информация при компьютерной обработке может быть представлена в различной форме. Так, при подготовке метеосводки данные о состоянии атмосферы поступают от датчиков в виде таблиц и графиков, а иногда и в виде сигналов для компьютера. Выходная информация, обработанная компьютером, выдается в форме синоптической карты погоды, которую вы часто видите по телевизору. Если измерительные приборы дополняют недостающие возможности наших органов чувств, то компьютер берет на себя сложные вычисления и тем самым облегчает задачу, стоящую перед человеком.

Обратимся опять к творчеству Галилея. Его считают основоположником научного естествознания. Он первый разработал метод научного исследования, который состоит из 4 этапов: наблюдение («чувственный опыт»), создание рабочей гипотезы, вывод закона природы, опытная проверка. Сегодня на всех этапах исследования человеку помогают технические устройства, в том числе и компьютер.

3.3. Передача информации

Развитие человечества не было бы возможно без обмена информацией. С давних времен льрди из поколения в поколение передавали свои знания, извещали об опасности или передавали важную и срочную информацию, обменивались сведениями. Например, в Петербурге в начале XIX века была весьма развита пожарная служба. В нескольких частях города были построены высокие каланчи, с которых обозревались окрестности. Если случался пожар, то на башне днем поднимался разноцветный флаг (с той или иной геометрической фигурой), а ночью зажигалось несколько фонарей, число и расположение которых означало часть города, где произошел пожар, а также степень его сложности.

В любом процессе передачи или обмене информацией существует ее источник и получатель (рисунок 3.1), а сама информация передается по каналу связи с помощью сигналов: механических, тепловых, электрических и др. В обычной жизни для человека любой звук и свет являются сигналами, несущими смысловую нагрузку. Например, сирена — это звуковой сигнал тревоги; звонок телефона — сигнал, чтобы взять трубку; красный свет светофора — сигнал, запрещающий переход дороги. Если мы заметили какое-то изменение в окружающей обстановке, то можно сказать, что произошло событие. Школьный звонок вдруг зазвенел после длительного молчания — произошло событие — закончился урок. У чайника на плите вдруг из носика пошел пар — произошло событие, которое для нас означает, что вода в чайнике закипела.

Рис. 3.1. Передача информации от источника к получателю

В качестве источника информации может выступать живое существо или техническое устройство. От него информация попадает на кодирующее устройство (рисунок 3.2), которое предназначено для преобразования исходного сообщения в форму, удобную для передачи. С такими устройствами вы встречаетесь постоянно: микрофон телефона, лист бумаги и т. д. По каналу связи информация попадает на декодирующее устройство (см. рисунок 3.2) получателя, которое преобразует кодированное сообщение в форму, понятную получателю. Одни из самых сложных декодирующих устройств — человеческие ухо и глаз.

Рис. 3.2. Схема передачи информации

В процессе передачи информация может утрачиваться, искажаться. Это происходит из-за различных помех как на канале связи, так и при кодировании и декодировании информации. С такими ситуациями вы встречаетесь достаточно часто: искажение звука в телефоне, помехи при телевизионной передаче, ошибки телеграфа, неполнота переданной информации, неверно выраженная мысль, ошибка в расчетах. Вопросами, связанными с методами кодирования и декодирования информации, занимается специальная наука — криптография.

При передаче информации важную роль играет форма представления информации. Она может быть понятна источнику информации, но недоступна для понимания получателя. Люди специально договариваются о языке, с помощью которого будет представлена информация для более надежного ее сохранения.

3.4. Хранение информации

Человеческий разум является самым совершенным инструментом познания окружающего мира. А память человека — великолепным устройством для хранения полученной информации.

Чтобы информация стала достоянием многих людей, необходимо иметь возможность ее хранить не только в памяти человека. В процессе развития человечества существовали разные способы хранения информации, которые совершенствовались с течением времени: узелки на веревках, зарубки на палках, берестяные грамоты, письма на папирусе, бумаге. Наконец, был изобретен типографский станок, и появились книги. Поиск надежных и доступных способов хранения информации идет и по сей день.

Сегодня мы используем для хранения информации самые различные материалы: бумагу, фото- и кинопленку, магнитную аудио- и видеоленту, магнитные и оптические диски. Все это — носители информации.

    Носитель информации — материальный объект, предназначенный для хранения и передачи информации.

Например, видеокассета является носителем звуковой и зрительной информации. Современная технология информационных носителей развивается стремительно. Вы, наверное, слышали, что сегодня для хранения видеозаписей используются лазерные диски, которые сохраняют информацию в течение длительного времени без потери качества.

3.5. Поиск информации

Оказывается, просто сохранить информацию недостаточно. Представьте себе большое количество беспорядочно сложенных книг или фотографий. Как ими воспользоваться для поиска очень важной и нужной информации? Сделать это быстро не удастся. А если время не ограничено, то можно попытаться, перебрав все книги, найти нужную информацию.

Можно упростить поиск, если расставить книги в определенном порядке, то есть упорядочить информацию.

Рассмотрим несколько примеров.

Как отыскать нужный раздел в книге? — По оглавлению, где перечислены названия разделов и номера страниц.

Чтобы отыскать нужный термин в учебнике, следует воспользоваться словарем в конце учебника. В нем перечислены все термины в алфавитном порядке с указанием страниц, на которых они встречаются.

Как узнать, в каком кабинете занимается 7«а» класс на четвертом уроке во вторник? — По расписанию, вывешенному на доске объявлений.

Как найти книгу в библиотеке? — По каталогу, где в определенном порядке рассортированы карточки-формуляры с названиями книг и шифрами, под которыми они хранятся на стеллажах.

3.6. Защита информации

В жизни человечества информация играет очень важную роль. От нее зависит принятие решений, влияющих на развитие общества. Сегодня считается, что 10 % времени деньги существуют в своем физическом виде, в остальное время они находятся в виде информации. Поэтому информация так дорого стоит и ее надо охранять.

Можно назвать немало самых разных ситуаций, при которых информация нуждается в защите. В детстве вы нередко скрывали что-то от родителей или готовили им сюрприз, защищая свою информацию. В литературе вы часто читали об информации, содержащей государственную, военную, коммерческую или врачебную тайну.

Право доступа к такой информации имеет, как правило, ограниченный круг людей (законные пользователи). Но находятся люди (незаконные пользователи), которые стремятся овладеть секретной информацией в различных целях. Для предотвращения потери информации разрабатываются различные механизмы ее защиты, которые используются на всех этапах работы с ней.

Защищать от повреждений и внешних воздействий надо и устройства, на которых хранится секретная и важная информация, и каналы связи.

Повреждения могут быть вызваны поломкой оборудования или канала связи, подделкой или разглашением секретной информации. Внешние воздействия возникают как в результате стихийных бедствий (пожара, наводнения, землетрясения), так и в результате сбоев оборудования или кражи.
Для сохранения информации используют различные способы защиты:

◊ безопасность зданий, где хранится секретная информация;
◊ контроль доступа к секретной информации с помощью пароля, пропуска, идентификации личности по отпечаткам пальцев, голосу, личной подписи;
◊ разграничение доступа, которое заключается в разделении информации на части и организации доступа к ней людей в зависимости от их полномочий;
◊ дублирование каналов связи и подключение резервных устройств; в случае неисправности действующих систем происходит переключение на резервную систему и запасной канал связи;
◊ криптографические преобразования информации с помощью шифров.

Шифром называют метод преобразования информации с целью ее защиты от незаконных пользователей. Науку об использовании этих методов называют криптографией.

Криптографией с давних времен занимались и ученые, и дипломаты, и священнослужители. В истории есть немало примеров использования шифров для защиты информации. Например,

Цезарь использовал для переписки специальный шифр, который вошел в историю под его именем. Это достаточно простой шифр, в котором каждая буква заменяется третьей после нее буквой в алфавите. Можно изменить величину сдвига и получить новый шифр. Важно, чтобы у отправителя и получателя сообщения была одна и та же таблица замены или перестановки букв.

Во времена войн между Спартой и Афинами был известен один интересный шифр, который вы можете легко повторить. Для этого надо взять карандаш, обернуть его бумажной полоской и написать на ней сообщение. Развернув эту полоску, вы получите набор несвязанных букв, которые выстраиваются в определенном порядке только на карандаше нужного диаметра.

Существует метод шифрования с помощью «ключа». Самый простой пример такого шифрования, когда номер буквы шифрованного текста в алфавите получается с помощью сложения номера буквы текста в алфавите и номера буквы ключа в алфавите.

Пример. Слово «мама» — это ключ шифра. Зашифровать надо слово «информация». Схема шифрования заключается в следующем. Поставить под буквами слова буквы ключа, записать под каждой буквой ее номер в алфавите и сложить их. Если сумма равна или больше 33, то вычесть 32. Числа теперь надо заменить на буквы, и результат шифрования готов — «ХОБПЭННЧХА». При шифровании фразы пробелы шифруются кодом 0.

Порядок букв в алфавите:

Контрольные вопросы и задания

1. Что помогает людям получать информацию, недоступную их органам чувств? Приведите примеры.

2. Как называется информация, получаемая приемником?

3. Как называется информация после ее обработки?

4. Придумайте примеры человеческой деятельности, связанные с обработкой информации. Расскажите, каким способом в ваших примерах человек получает входную информацию, в чем заключается ее обработка, что является выходной информацией.

5. Что может выступать в роли источника и получателя сообщения?

6. Приведите примеры способов передачи информации по схемам:

■  Источник (человек)	—›	Приемник (человек)
■  Источник (устройство)	—›	Приемник (человек)
■  Источник (человек)	—›	Приемник (устройство)
■  Источник (предмет)	—›	Приемник (человек)
■  Источник (человек)	—›	Приемник (предмет)
■  Источник-приемник	‹—›	Приемник-источник
■  Источник	—›	Приемники
■  Источники	—›	Приемник

7. Придумайте способ передачи информации.

8. Нарисуйте схему передачи информации.

9. Приведите примеры кодирующих и декодирующих устройств.

10. Что такое носитель информации? Приведите примеры.

11. Какие требования предъявляются к носителю информации?

12. Приведите примеры способов организации хранения информации.

13. Какие вы знаете устройства, помогающие человеку собирать, хранить, обрабатывать и передавать информацию?

14. Почему важно защищать информацию?

15. Какие способы защиты информации вы знаете?

16. Приведите примеры шифров.

17. Зашифруйте фразу «Я учу информатику» с помощью ключа «шифр».