Оглавление
1. Ответы на теоретические вопросы
Задание№1
1) Информация -- сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые воспринимают информационные системы (живые организмы, управляющие машины и др.) в процессе жизнедеятельности и работы. В информатике под информацией понимается сообщение, снижающее степень неопределенности знаний о состоянии предметов или явлений и помогающее решить поставленную задачу.
Информация может существовать в виде:
1. текстов, рисунков, чертежей, фотографий;
2. световых или звуковых сигналов;
3. радиоволн;
4. электрических и нервных импульсов;
5. магнитных записей;
6. жестов и мимики;
7. запахов и вкусовых ощущений;
8. хромосом, посредством которых передаются по наследству признаки и свойства организмов, и т. д.
Информационные процессы - процессы, связанные с поиском, хранением, передачей, обработкой и использованием информации.
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.
2) Связь - в широком смысле представляет собой передачу различного типа сообщений из одного или нескольких пунктов в другой.
Сообщения - это некоторые сведения, которые для разных получателей могут иметь различную ценность, в зависимости от их смыслового содержания.
Сигнал - физическая реальность, изменение которой в пространстве и во времени отображает передаваемое сообщение.
Каналом связи называется совокупность средств обеспечивающих передачу сообщения от источника к получателю.
Каналы связи бывают:
1)непрерывные - описывается шириной полосы и действующих в нём сигналов и помех;
2)дискретные - описывается стохастической матрицей трансформации входных символов в выходные, эта матрица позволяет определить все возможные вероятности переходов элементов входных в выходные.
3) Получение любой информации - необходимое условие для снятия неопределенности. Задача, которая решается в ходе снятия неопределенности - уменьшение количества рассматриваемых вариантов (уменьшение разнообразия), и выбор одного соответствующего ситуации варианта из числа возможных. Снятие неопределенности дает возможность принимать обоснованные управляющие решения и действовать. Например, вы зашли в магазин и попросили продать жевательную резинку. Продавец, у которой 16 сортов жевательной резинки, находится в состоянии неопределенности. Но, если вы уточнили: "Orbit", и теперь из 16 первоначальных вариантов продавец рассматривает только 8, вы уменьшили неопределенность в два раза, что соответствует получению 1 бита информации. Если же вы сразу указали пальцем на витрину: "Вот эту!", то неопределенность снимается полностью. Таким жестом вы сообщили продавцу 4 бита информации. Максимальная неопределенность возникает при наличии нескольких равновероятных альтернатив (вариантов), когда ни один из вариантов не является более предпочтительным. При этом, чем больше равновероятных вариантов рассматривается, тем больше неопределенность и тем больше информации требуется для этого получить. Минимальная неопределенность будет равна нулю, когда выбор одного варианта сделан - это ситуация полной определенности, означающая, что вся необходимая информация получена.Величина, характеризующая количество неопределенности в теории информации обозначается символом H и имеет название энтропия, или информационная энтропия.
Энтропия (H) - мера неопределенности, выраженная в битах. Энтропию можно так же рассматривать как меру равномерности распределения (рассеяния) случайной величины.
При полном рассеянии (равномерном распределении) энтропия максимальна, а при полной упорядоченности отсутствует. Примером максимальной величины энтропии (максимального рассеяния) может служить "белый шум" в радиоэфире.
Рисунок 1 Поведение энтропии для случая двух альтернатив
На рисунке показано поведение энтропии для случая двух вероятных событий, при изменении соотношения их вероятностей (p, (1-p)).
Максимального значения энтропия достигает тогда, когда обе вероятности равны между собой, т. е. равны Ѕ, а нулевое значение энтропии соответствует случаям (p0=0, p1=1) и (p0=1, p1=0).
Рисунок 2 Связь между энтропией и количеством информации
Количество информации I и энтропия H характеризуют одну и ту же ситуацию, но с качественно противоположенных сторон. Можно сказать, что информация есть отрицательная энтропия.
4) Скорость передачи данных- объём данных. передаваемых за единицу времени. Максимальная скорость передачи данных без появления ошибок (пропускная способность) вместе с задержкой определяют производительность системы или линии связи. Самой маленькой единицей измерения скорости трансляции данных считается один бит за одну секунду. Бит считается наименьшей единицей измерения информационного объёма. Бит/сек является основной единицей для измерения скорости информационной передачи в области вычислительной техники. Но поскольку объём информации может ещё измеряться и в байтах, то существует и соответствующая единица измерения скорости, байт в секунду. Для справки, один байт -- это восемь бит. И, соответственно, 1 Байт/с = 8 бит/с. Следует также обратить внимание на то обстоятельство, что в сокращённом формате бит пишется с маленькой буквы (бит/сек), а байт пишется с большой буквы (Б/сек). Но так как бит и байт представляют собой сравнительно небольшие объёмы данных, то для работы с большими информационными объёмами, применяются специальные умножающие приставки. Десятичный формат приставок хорошо нам известен из нашей обычной жизни при измерении длины, веса и так далее.
В частности, такими приставками являются:
Кило (к), означает, что надо число умножить на тысячу (к примеру, один килограмм это тысяча грамм).
Мега (М), означает, что необходимо число умножить на миллион (любопытно, что этот термин введён сравнительно недавно, в 1960 году). Гига (Г), означает, что число нужно умножить на один миллиард (ещё более странно, что этот термин зародился ещё в 1947 году, то есть на тринадцать лет раньше термина мега).
В сфере электронных вычислительных машин также используются приставки двоичного формата.
Это следующие термины:
Киби (Ки), означает, что число надо умножить на1024 (то есть два в степени десять).
Меби (Ме), означает, что число следует умножить на 1 048 576 (220).
Гиби (Ги), означает, что число надо умножить на 1 073 741 824 (230).
5) Теорема Шеннона
Рассматривая все возможные многоуровневые и многофазные методы кодирования, теорема Шеннона -- Хартли утверждает, что пропускная способность канала C, означающая теоретическую верхнюю границу скорости передачи данных, которые можно передать с данной средней мощностью сигнала S через аналоговый канал связи, подверженный аддитивному белому гауссовскому шуму мощности N равна
где
C -- пропускная способность канала, бит/с;
B -- полоса пропускания канала, Гц;
S -- полная мощность сигнала над полосой пропускания, Вт или ВІ;
N -- полная шумовая мощность над полосой пропускания, Вт или ВІ;
S/N -- отношение мощности к сигналу шума.
6) Кодирование -- это преобразование информации из одной ее формы представления в другую, наиболее удобную для её хранения, передачи или обработки.
Кодом называют правило отображения одного набора знаков в другом. Двоичный код - это способ представления информации с помощью двух символов - 0 и 1.
Длина кода - это количество знаков, используемых для представления кодируемой информации.
Бит - это одна двоичная цифра 0 или 1. Одним битом можно закодировать два значения: 1 или 0. Двумя битами можно закодировать уже четыре значения: 00, 01, 10, 11. Тремя битами кодируются 8 разных значений. Добавление одного бита удваивает количество значений, которое можно закодировать.
Различают кодирование информации следующих видов:
· Кодирование текстовой информации;
· Кодирование цвета;
· Кодирование графической информации;
· Кодирование числовой информации;
· Кодирование звуковой информации;
· Кодирование видеозаписи.
7) Суть экономного кодирования заключается в том, что избыточность на выходе кодера уменьшается по сравнению с избыточностью на его входе (избыточностью первичного источника).На практике это означает, что объём данных, выраженный, например, в битах, на выходе кодера уменьшается по сравнению с объёмом данных на его входе.
8) Оптимальный код сжатия должен учитывать вероятность появления символа, буквы. Таковым кодом является код Хаффмана.
Каким-то буквам поставим 3 бита, которые часто встречаются, Буквы, которые редко встречаются, им можно поставить 9 бит. Но нас интересует не одна буква, а текст. Для примера посмотрите табличку.
Чем больше вероятность, тем чаще буква встречается. Тем меньше кодовое слово. Несмотря на то, что часть символов имеют длину кодового слова больше, чем если кодировать напрямую, все равно, за счет тех символов, которые встречаются в среднем объем информации станет меньше. Код Хаффмана применяется в любом сжатии, изображения, звук, только там в качестве символов не буквы, как мы рассмотрели пример, а паттерны. ИТОГ: Сжатие без потери информации осуществляется за счет того что, те символы, которые применяются часто, им ставятся короткие кодовые слова, а которые редко, там можно ставить длинные кодовые слова.
9)Мир заполнен информацией самых разных видов. Чтобы с ней работать, человек придумал кодирование - перевод сложных данных в простую форму для удобства хранения, передачи и обработки. В ЭВМ представление информации осуществляется в виде бинарного кода - последовательности отдельных битов. Любые данные могут быть зашифрованы таким методом. Все операции над числами компьютер производит по правилам двоичной системы счисления.
10) Алгоритм - описанная на некотором языке точная конечная система правил, определяющая содержание и порядок действий над некоторыми объектами, строгое выполнение которых дает решение, поставленной задачи. Понятие алгоритма, являющееся фундаментальным в математике и информатике, возникло задолго до появления средств вычислительной техники.
Язык программирования формальная знаковая система, предназначенная для записи компьютерных программ. Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, задающих внешний вид программы и действия, которые выполнит исполнитель (компьютер) под ее управлением. Со времени создания первых программируемых машин человечество придумало уже более восьми с половиной тысяч языков программирования.
11) Персональный компьютер (ПК) -- это компьютер, предназначенный для обслуживания одного рабочего места. По своим характеристикам он может отличаться от больших ЭВМ, но функционально способен выполнять аналогичные операции. По способу эксплуатации различают настольные (desktop), портативные (laptop и notebook) и карманные (palmtop) модели ПК.
Аппаратное обеспечение. Поскольку компьютер предоставляет все три класса информационных методов для работы с данными (аппаратные, программные и естественные), принято говорить о компьютерной системе как о состоящей из аппаратных и программных средств, работающих совместно. Узлы, составляющие аппаратные средства компьютера, называют аппаратным обеспечением. Они выполняют всю физическую работу с данными: регистрацию, хранение, транспортировку и преобразование как по форме, так и по содержанию, а также представляют их в виде, удобном для взаимодействия с естественными информационными методами человека.
Совокупность аппаратных средств компьютера называют его аппаратной конфигурацией.
Программное обеспечение. Программы могут находиться в двух состояниях: активном и пассивном. В пассивном состоянии программа не работает и выглядит как данные, содержательная часть которых - сведения. В этом состоянии содержимое программы можно «читать» с помощью других программ, как читают книги, и изменять. Из него можно узнать назначение программы и принцип ее работы. В пассивном состоянии программы создаются, редактируются, хранятся и транспортируются. Процесс создания и редактирования программ называется программированием.
Когда программа находится в активном состоянии, содержательная часть ее данных рассматривается как команды, согласно которым работают аппаратные средства компьютера. Чтобы изменить порядок их работы, достаточно прервать исполнение одной программы и начать исполнение другой, содержащей иной набор команд.