Лекция №3 Тема: Представление информации. Количество и единицы измерения информации План Кодирование информации. Количество информации icon

Лекция №3 Тема: Представление информации. Количество и единицы измерения информации План Кодирование информации. Количество информации




НазваниеЛекция №3 Тема: Представление информации. Количество и единицы измерения информации План Кодирование информации. Количество информации
Дата25.10.2012
Размер119 Kb.
ТипЛекция
источник

Лекция №3

Тема: Представление информации. Количество и единицы измерения информации

План

  1. Кодирование информации.

  2. Количество информации.

Вы уже знаете, что информация передается с помощью сигнала. Одну и ту же информацию можно передать разными сигналами и даже совсем разными способами. Важно не то, как передавать информацию, главное - договориться о том, как понимать те или иные сигналы. Такая договоренность означает, что при передаче информации используется код.

Код - это совокупность символов и система правил, при помощи которых информация может быть представлена в виде набора из таких символов, для передачи, обработки и хранения.

Представление информации с помощью заранее оговоренных условных обозначений называется кодированием.

Любая передача информации происходит с помощью некоторого кода. К некоторым кодам мы настолько привыкли, что даже не воспринимаем их в качестве кодов.

Например,

  • уровень знаний обычно кодируется с помощью четырех цифр: 5 - отличные знания, 4 - хорошие, 3 - удовлетворительные, 2 - неудовлетворительные;

  • запись F=m*a кодирует второй закон Ньютона.

  • фраза «I must read this book» закодирована символами латинского алфавита по правилам, используемым в английском языке для построения предложений. Тот же смысл у русского предложения «Я должен прочитать эту книгу». Теперь для кодирования использованы символы кириллицы.

Любой язык, с помощью которого люди общаются друг с другом, является кодом. При разговоре этот код передается звуками, при письме - буквами.

Часто термин «кодирование» употребляется в более узком смысле, как переход от исходного представления информации к представлению, удобному для хранения, передачи или обработки. В этом случае обратный переход к исходному виду называется декодированием.

При кодировании могут ставиться разные цели и соответственно применяться разные методы. Наиболее распространенные цели кодирования:

  • экономность -уменьшение количества символов в сообщении;

  • повышение скорости передачи или обработки;

  • надежность - защита, передаваемой информации от случайных искажений;

- сохранность - защита от нежелательного доступа к информации;

-удобство восприятия.

Поскольку перечисленные цели чаще всего противоречат друг другу, трудно разработать идеальный вариант кода. Экономные сообщения обычно ненадежны, так как искажение любого символа может изменить смысл сообщения. Например, числа кодируются цифрами, такое представление удобно для вычислений, однако искажение или удаление любой цифры изменяет величину числа. Поэтому в некоторых бухгалтерских и финансовых документах цифровые представления чисел дублируют словесными представлениями - итог, сумму, размер платежа пишут прописью.

Проблемы разумного сочетания экономности и надежности при передаче информации исследуются в ТЕОРИИ КОДИРОВАНИЯ. Теория кодирования является одним из разделов теории информации и связана с задачами кодирования и декодирования сообщений, поступающих от .источника информации к приемнику по каналам связи. Чем выше скорость передачи сообщения, тем сложнее технические устройства приема и передачи данных, а чем сложнее аппаратура, тем ниже ее надежность. Экономное сообщение может повысить скорость обработки, но может и уменьшить ее. Очень экономно использовать вместо фамилий и имен сотрудников их табельные номера. Но тогда надо либо помнить все соответствия между фамилиями и кодами, либо каждый раз обращаться к списку сотрудников.

Еще одна задача, решаемая с помощью кодирования - защита информации от нежелательного.доступа. Обеспечением секретности (разработка шифров, паролей, ключей и т.д.) занимается целая отрасль математики.

На разных этапах передачи сообщений информация неоднократно перекодируется, то есть изменяет свое представление. Такая перекодировка происходит во время разговора по телефону, при передаче телеграмм, при заказе авиабилетов и т.д.


^ Количество информации

Благодаря открытиям в физике и химии в XVIII - XIX веках были созданы различные преобразователи материи и энергии: двигатели, электрогенераторы, металлургические и химические производства. Эффективность их работы измеряется с помощью физических величин: мощности, коэффициента полезного действия, количества вырабатываемой энергии и др. Эффективность работы средств связи, устройств автоматики и вычислительной техники нельзя описать с помощью физических понятий, важнейшие характеристики этих устройств требуют совсем других способов измерения.

Устройства связи, какие бы физические процессы они ни использовали - это средства передачи информации. Возникли два вопроса:

  1. ^ Как измерить количество информации?

  2. В каких единицах измерять количество информации?

Давайте отвечать на эти вопросы.

Итак, информация передается с помощью сигнала. Горит сигнальный костер, - значит, приближается враг. Кнопка вызова лифта светится -лифт занят, а если кнопка не горит, то лифт свободен.

Сигнал, который в этих примерах принимается или передается, имеет два состояния: сигнальный костер горит или не горит, кнопка вызова лифта светится или кнопка не светится. Принимая такие сигналы, мы получаем информацию о том, наступило или не наступило интересующее нас событие.

Полученная информация позволяет нам выбрать один вариант из двух возможных: напали или не напали враги, занят, или свободен, готов или не готов, правда или ложь, да или нет. Это самое маленькое количество информации, какое только может быть. Для измерения этого количества информации выбрали единицу измерения, которая называется «бит» (от англ. binary digit — двоичная цифра).

^ 1 бит - это такое количество информации, которое позволяет нам выбрать один вариант из двух возможных.

Сигнал, который может иметь только два различных состояния, передает 1 бит информации.

Если внимательно посмотреть на смысл передаваемой информации, то окажется, что часто его можно выразить словами «да» или «нет». Эти слова можно взять в качестве условного кода для передаваемой информации («да» - напали, свободен, готов..., «нет» - не напали, не готов, нельзя идти ...). Можно кодировать и дальше. Например, для слова «да» взять цифровой код 1, а для слова «нет» - код 0. Тогда состояние сигнала будет описываться цифрами 0 или 1.

Для передачи информации в 1 бит можно взять одну лампочку: С помощью лампочки можно передать только два возможных варианта сигнала. Горит лампочка - это условный код «да», потушена - условный код «нет». О том, какой конкретный смысл будут иметь коды «да» и «нет», необходимо заранее договориться.

Теперь поставим рядом две лампочки. Мы получим уже четыре различных варианта.

^ Первая лампочка

Вторая лампочка

Не горит

Не горит

Не горит

Горит

Горит

Не горит

Горит

Горит


Давайте добавим еще одну лампочку. Теперь у нас три лампочки и следующие возможные состояния сигнала.



^ Первая лампочка

Вторая лампочка

Третья лампочка

1

Не горит

Не горит

Не горит

2

Не горит

Не горит

Горит

3

Не горит

Горит

Не горит

4

Не горит

Горит

Горит

5

Горит

Не горит

Не горит

6

Горит

Не горит

Горит

7

Горит

Горит

Не горит

8

Горит

Горит

Горит


Итак, одна лампочка - 1 бит, 2 варианта сигнала

две лампочки — 2 бита, 4 варианта сигнала

три лампочки - 3 бита, 8 вариантов сигнала

Вывод: чтобы подсчитать количество разных вариантов сигналов, которые соответствуют нескольким битам информации, нужно для каждого следующего бита умножать предыдущее количество на два. Кроме того, можно воспользоваться формулой подсчета количества различных вариантов:

P=2N

где Р количество различных вариантов,

N - количество бит.

Так, для четырех бит получим 16 вариантов, для 5 бит - 32 варианта.

Таблица 1.

^ Кол-во бит

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

^ Количество различных

вариантов

2

4

8

16

32

64

128

256

512

1024


В информатике существуют два основных способа измерения информации: объемный и вероятностный. В теории информации используется вероятностный способ определения количества информации. При этом учитывается ценность информации, содержащейся в сообщении для его получателя. Поскольку любое сообщение передается в виде сигнала, можно дать следующее определение количества информации:

^ Количество информации - это числовая характеристика сигнала, которая не зависит от его формы и содержания и характеризует степень неопределенности, которая исчезает после получения сообщения в виде данного сигнала.

В вычислительной технике принят объемный способ измерения: количество информации в сообщении зависит от его длины и совершенно не учитывает содержание самого сообщения. Таким образом.

^ Для вычислительной техники количество информации - это количество символов в сообщении.

Сколько же бит необходимо для того, чтобы закодировать любую букву или символ, которые могут встретиться в тексте сообщения? Сначала нужно определить, сколько различных знаков может появиться в тексте, затем для каждого знака разработать код, состоящий из нулей и единиц и, наконец, подсчитать, сколько нулей или единиц будет достаточно для записи этого кода. В русском алфавите 33 буквы. Причем заглавные буквы несут дополнительную смысловую нагрузку, поэтому их необходимо отличать от строчных букв. Получается 33 больших и 33 маленьких буквы. Помимо букв в тексте встречаются цифры (десять цифр) и знаки препинания (12 знаков). Необходимо также учесть 19 специальных знаков:

+ _* / = > < % [ ] { } $ & № @ # | пробел



Кроме букв русского алфавита в книгах часто встречается буквы латинского алфавита - 26 заглавных я 26 строчных.

Считаем: 33 заглавные буквы русского алфавита

33 строчные буквы русского алфавита

26 заглавных букв латинского алфавита

26 строчных букв латинского алфавита

10 цифр

12 знаков препинания

19 специальных знаков

^ Итого: 159 символов

Один из вариантов кодирования может быть таким
Символ Код

А 00000001

Б 00000010

В 00000011

Один разряд кода равен одному биту. Так мы получим количество бит, которое нужно для кодирования одного знака или, другими словами, определим, сколько информации несет в себе каждый знак текста.

Из таблицы 1 видно, что для кодирования 159 символов достаточно 8 бит, даже остаются лишние коды.

Для определения информационного объема любого печатного текста нужно всего лишь подсчитать количество символов в этом тексте и умножить это количество на информационный объем одного символа. Для больших текстов расчеты выполняются приближенно.

ЗАДАНИЕ I. Попробуйте самостоятельно подсчитать количество информации, содержащейся в учебнике по информатике.

Полученный результат измерять в битах не очень удобно, поэтому были придуманы более крупные единицы измерения количества информации. За основу был взят информационный объем одного символа: количество информации в 8 бит назвали байтом. 1 байт тоже довольно маленькое количество информации. Есть более крупные единицы измерения.

^ 1 килобайт - 1024 байт

1 мегабайт = 1024 килобайт

1 гигабайт = 1024 мегабайт

1 терабайт ~ 1024 гигабайт

Подсчитать информационный объем текста несложно. А как быть с иллюстрациями?

Чтобы определить информационный объем картинки, нужно разбить картинку на отдельные маленькие точки (чем мельче точки, тем четче картинка), а затем умножить количество точек на информационный объем одной точки.

На контрастной черно-белой картинке одна точка может быть либо черной;, либо белой, поэтому ее информационный объем равен 1 биту- Если на картинке 4 оттенка серого цвета, то информационный объем одной точки - 2 бита, если 8 оттенков - 3 бита и так далее. Аналогично для цветных картинок.

^ Информационная технология (для повторения)

Информационная технология - это совокупность методов и устройств, используемых людьми для обработки информации.

На протяжении всей своей истории люди занимались обработкой информации. Глобальные изменения в этой области, повлекшие за собой серьезные изменения в общественных отношениях, называются информационной революцией. Появление новых технологий в обработке информации всегда давало резкий толчок развитию цивилизации.

^ К первым информационным технологиям относятся счет и письменность. Появление письменности - первая информационная революция в истории человечества. Письменности предшествовали средства, служившие запоминанию устных сообщений. Например, «узелковое письмо», употреблявшееся в государстве инков (Южная Америка). Оно служило для удержания в памяти последовательности и логической связи передаваемых устно сообщений. Со времен неолита известно пиктографическое письмо - отображение общего содержания сообщения в виде рисунка или последовательности рисунков, обычно в целях запоминания.

^ Следующий важный этап - появление книгопечатания. Первые опыты книгопечатания были предприняты в 1041- 48 в Китае (Би Шэн). В Европе книгопечатание возникло в 40-х гг. XV в. (Иоганн Гуттенберг). В Москве в 50-х гг. XVI в. действовала так называемая анонимная типография. Первая, точно датированная русская печатная книга «Апостол», напечатана в 1564 году в Москве Иваном Федоровым и Петром Мстиславцем.

^ Открытие электромагнитных явлений и изобретение телеграфа, телефона и радио - третья информационная революция. В 1793 Клодом Шаппом был изобретен оптический телеграф - система визуальной связи с использованием семафорной азбуки. Первая линия оптического телеграфа была построена в 1794 между Парижем и Лиллем (225 км) и состояла из цепочки башен, отстоящих друг от друга на расстоянии прямой видимости, В России в 1839-54 действовала самая длинная в мире линия оптического телеграфа между Санкт-Петербургом и Варшавой (1200 км). Во второй половине XIX в. с развитием сети электрической телеграфной связи оптический телеграф потерял свое значение. Вслед за телеграфом, в конце XIX века, появились телефон (1876 год - Белл) и радио (1897 - Александр Попов и Гульельмо Маркони).

^ XX век дал миру телевидение и вычислительную технику. Появление персональных компьютеров и немного позже компьютерных сетей является четвертой информационной революцией. Поэтому в настоящее время термин «информационная технология» обычно употребляется в связи с использованием электронных вычислительных машин для обработки информации.


Вопросы для самоконтроля

  1. Что такое код?

  2. Понятие кодирования.

  3. Для чего применяют кодирование?

  4. Какие языки называют формальными, а какие естественными?

  5. Приведите примеры формальных и естественных языков.

  6. Назовите способы измерения количества информации.

  7. Дайте определение каждого способа.

  8. Какие вы знаете единицы измерения количества информации?



Похожие:

Лекция №3 Тема: Представление информации. Количество и единицы измерения информации План Кодирование информации. Количество информации iconУчебник главы 1-2 §1 12
Техника безопасности, Информация, Обмен информацией, Сигналы, единицы измерения информации, свойства информации, характеристики информации....
Лекция №3 Тема: Представление информации. Количество и единицы измерения информации План Кодирование информации. Количество информации iconТема : Измерение информации
Алфавит племени Мульти состоит из 32 букв. Какое количество информации несёт одна буква этого алфавита?
Лекция №3 Тема: Представление информации. Количество и единицы измерения информации План Кодирование информации. Количество информации iconТема : Содержательный подход к измерению информации
В классе 32 ученика. Какое количество информации содержится в сообщении о том, что к доске пойдёт Коля Сидоров
Лекция №3 Тема: Представление информации. Количество и единицы измерения информации План Кодирование информации. Количество информации iconЛекция №2 Тема: Информация и информационные процессы в природе, обществе, технике. План Понятие информации. Виды информации. Свойства информации
Информация относится к фундаментальным, неопределяемым понятиям науки информатика. Тем не менее, смысл этого понятия должен быть...
Лекция №3 Тема: Представление информации. Количество и единицы измерения информации План Кодирование информации. Количество информации iconЧто такое "информация"
Понятие информации. Виды информации. Роль информации в живой природе и в жизни людей. Язык как способ представления информации: естественные...
Лекция №3 Тема: Представление информации. Количество и единицы измерения информации План Кодирование информации. Количество информации icon1. Понятие информации. Виды информации. Роль информации в живой природе и в жизни людей. Язык как способ представления информации: естественные и формальные языки. Основные информационные процессы: хранение, передача и обработка информации
Информация относится к фундаментальным, неопределяемым понятиям науки информатика
Лекция №3 Тема: Представление информации. Количество и единицы измерения информации План Кодирование информации. Количество информации iconЭкзаменационные билеты по информатике за курс основной школы (2011/12 уч год) Билет 1
Понятие информации. Виды информации. Роль информации и живой природе и в жизни людей. Язык как способ представления информации: есте­ственные...
Лекция №3 Тема: Представление информации. Количество и единицы измерения информации План Кодирование информации. Количество информации iconВероятностный подход к определению количества информации Цели: ввести понятие «количество информации»
«Вероятностный подход к определению количества информации» Короткова Светлана Ивановна – учитель информатики мбоу «Шаховская сош...
Лекция №3 Тема: Представление информации. Количество и единицы измерения информации План Кодирование информации. Количество информации iconЛекция 1
Теория информации представляет собой математическую теорию, посвященную измерению информации, ее потока, "размеров" канала связи...
Лекция №3 Тема: Представление информации. Количество и единицы измерения информации План Кодирование информации. Количество информации iconУчебник глава 4 §19 20
Техника безопасности, универсальность дискретного представления информации, двоичное представление информации
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©lib3.podelise.ru 2000-2013
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Лекции
Доклады
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Программы
Методички
Документы

опубликовать

Документы