Методическая разработка по теме: "Информация. Информационные процессы. Представление информации", часть 1

Введение

Начать лучше с простого,
чтобы сложное казалось простым…

Окружающий нас мир бесконечно многообразен. Бесплодны попытки человека понять любой его объект, любое явление в исчерпывающей полноте. С зарождения науки в древности и до наших дней основным методическим принципом познания является моделирование. Модель – это упрощенное по сравнению с реальностью описание объекта или явления, учитывающее только некоторые существенные, с точки зрения исследователя, его свойства. Моделирование всегда связано с абстрагированием, с выделением общего из множества частностей. Любой учёный сознаёт, что понять – это значит найти общность, отвлекшись от частностей, а затем выяснить частности через эту понятную общность.

Одним из первых обобщенных, абстрактных понятий науки стало понятие “вещество”. В разнообразии материальных объектов учёные пытались увидеть некоторое единство, отыскать “первоматерию”, атомы вещества. Эта идея развивалась от философии древней Греции (Демокрит, Эпикур, Лукреций) до самой современной квантовой теории вещества. После разгадки природы вещества, его структуры, казалось, что всё в мире можно объяснить, описав его как совокупность взаимодействующих материальных частиц.

Следующим обобщающим понятием в истории науки стало понятие “энергия”. Его появление было связано с развитием техники, созданием двигателей, технических преобразователей энергии. Наука стала активно использовать “энергетический язык” в описании природы. Физические, химические, биологические процессы стали рассматриваться с позиции передачи и преобразования энергии. Знаменитая формула Эйнштейна (Е=mc²) казалось, окончательно закрепила всеобщность энергетического подхода.

Желая исследовать всё более сложные объекты в технике, биологии, обществе, наука встала перед фактом невозможности детального описания их поведения на языке материально-энергетических моделей.

В середине ХХ века появляется и развивается новая научная дисциплина – кибернетика. Её основатель (1948 г.) – американских математик Норберт Винер. Термин “кибернетика” на греческом языке означает “искусство управления”. Н.Винер назвал кибернетикой науку об управлении и связи в живом организме и машине.

Центральным понятием кибернетики является информация. Между элементами кибернетической системы, а также между различными системами имеют место информационные взаимодействия, т.е. обмен управляющими сигналами, знаками, командами.

Кибернетика породила новый системно-информационный взгляд на природу. Вещество – энергия – информация – это три точки зрения, три стороны, с которых наука сумела посмотреть на бесконечно разнообразный мир.

В 60-70-е годы ХХ века информатика выделилась из кибернетики как самостоятельная научная дисциплина. Предметом информатики является собственно информация, способы её представления, передачи и обработки. В современном виде информатика оформилась с массовым появлением и развитием электронно-вычислительных машин (ЭВМ).

В своей повседневной жизни, в производственной деятельности человек постоянно имеет дело с тремя упомянутыми выше субстанциями: веществом, энергией и информацией. Мы не можем жить без пищи, одежды, жилья, предметов быта, транспорта и пр. Всё это – материальные объекты (в общем понятии – вещество). Электричество, отопление в наших домах – это энергия. Пресса, радио, телевидение, книги – информация. Значит, информатика – современная научная база информационной сферы деятельности людей.

Информатика - наука, изучающая все аспекты получения, хранения, преобразования, передачи и использования информации.

 §1 Информация и знания

Представьте себе, что вы ничего не видите, ничего не слышите, не ощущаете ни запахов, ни холода, ни тепла, а в добавок вся пища абсолютно безвкусная… Надо полагать, жизнь сразу бы потеряла для вас свою привлекательность. Ни телевизора, ни компьютерных игр, ни музыки, ничего … И всё по тому, что нас лишили постоянного притока информации, без которого немыслимо нормальное существование человека в окружающем мире.

Человек воспринимает информацию из окружающего мира с помощью своих органов чувств; их пять: зрение, слух, вкус, обоняние, осязание.

Более 90% информации поступает к нам через зрение и слух. Но и запахи, вкусовые и осязательные ощущения тоже несут информацию. Например, почувствовав запах гари, вы узнали, что на кухне сгорел обед, о котором забыли. На вкус вы легко узнаете знакомую пищу, на ощупь - знакомые предметы даже в темноте.  

Чтобы правильно ориентироваться в мире, нам приходится запоминать полученные сведения (хранить информацию). В процессе достижения каких-либо целей мы принимаем решения (обрабатываем информацию), а в процессе общения с другими людьми – передаём и принимаем информацию. Каждый из нас живёт в мире информации.  

Понятие информация (лат. informatio – сведения, разъяснения, изложение) – одно из самых фундаментальных в современной науке, поэтому определить его исчерпывающим образом через какие-то более простые понятия невозможно.

В информатике известны различные подходы к этому понятию, и каждый подход даёт своё определение информации. Рассмотрим два различных подхода к информации:

• первый можно назвать субъективным подходом, при котором информация рассматривается с точки зрения её роли в жизни и деятельности человека. С этой позиции информация – это знания, сведения, которыми обладает человек, которые он получает из окружающего мира. Вопросом “Что такое знание?” занимается наука “Искусственный интеллект”, одна из главных задач которой – анализ и моделирование человеческих знаний. С элементами этой науки мы познакомимся позже;

• второй подход можно назвать кибернетическим, он позволяет создавать машины, работающие с информацией. С этой точки зрения информация – это содержание последовательностей символов (сигналов) из некоторого алфавита. А символы можно хранить, передавать и обрабатывать.

Будем придерживаться следующего определения информации:

Информация – это сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии.

Рассмотрим свойства информации.

Человек – это существо социальное, для общения с другими людьми ему необходимо обмениваться с ними информацией, причём этот обмен происходит на определённом языке – русском, английском и т.д. Участники дискуссии должны владеть тем языком, на котором ведётся общение, тогда информация будет понятной.

Только при условии, что информация полезна, дискуссия приобретает практическую ценность. Бесполезная информация создаёт информационный шум, который затрудняет восприятие полезной информации.

Широко известен термин “средства массовой информации” (газеты, радио, телевидение), которые доводят информацию до каждого члена общества. Обязательно, чтобы такая информация была достоверной и актуальной. Недостоверная информация вводит членов общества в заблуждение и может стать причиной возникновения социальных потрясений. Неактуальная информация бесполезна, и потому никто, кроме историков, не читает прошлогодних газет.

Чтобы человек мог правильно ориентироваться в окружающем мире, ему нужна полная и точная информация. Задача получения полной и точной информации стоит перед наукой. Человек получает полную и точную информацию о природе, обществе и технике в процессе обучения.

Вопросы 

1. Как выглядит мир с точки зрения понятий – “вещество”, “энергия” и “информация”?
2. Чем занимается наука “Кибернетика”?
3. Кто такие Киборги с точки зрения кибернетики?
4. Когда появилась наука “Информатика” и что она изучает?
5. Почему нельзя дать определение понятию “информация”? Какой смысл имеет понятие “информатика” в разных науках?
6. Какие социально-значимые свойства информации можно выделить?

§2 Информационные процессы

В повседневной жизни человек все время сталкивается с различными процессами: смена времен года, раскрытие бутона цветка, пошив костюма.

Процесс — последовательная смена состояний объекта в результате произведенных действий. 

Если происходит смена состояний объекта, то в этом случае можно говорить о процессе.

ОБЪЕКТ (состояние 1)	ДЕЙСТВИЕ	ОБЪЕКТ (состояние 2)
Мяч (покой)	удар	движение

Одни процессы протекают в живой природе, другие - в человеческом обществе. Иногда человек играет решающую роль в ходе протекания процесса, например при пилотировании самолета, или написании сочинения. Некоторые процессы протекают независимо от влияния человека, как, например, распускание листьев на дереве, приливы и отливы.

Особую роль в ходе протекания некоторых процессов играет информация.

Если обратиться в далекое прошлое, то жалобы на обилие информации обнаруживаются тысячелетия назад.

Информационный кризис - это возрастающее противоречие между объемом накапливаемой в обществе информации и ограниченными возможностями ее обработки отдельно взятой личностью.

В связи с этим сформировались новые научные дисциплины - информатика, кибернетика, бионика, робототехника и другие, имеющие своей целью изучение закономерностей информационных процессов.

Информационный процесс - совокупность последовательных действий (операций), производимых над информацией (в виде данных, сведений, фактов, идей, гипотез, теорий и пр.) для получения какого-либо результата (достижения цели).

Информационные процессы всегда протекают в каких-либо системах (социальных, социотехнических, биологических и пр.).

Система — совокупность взаимосвязанных между собой объектов. Составные части системы называются элементами или компонентами.

Информационный процесс может состояться только при наличии информационной системы, обеспечивающей его составляющие.   

Есть три типа информационных процессов: хранение, передача и обработка информации.

Хранение информации - это распространение ее во времени. Человек  хранит информацию либо в собственной памяти, либо на каких-то  внешних носителях. Чаще всего - на бумаге.

Обработка информации составляет основу процесса преобразования информации.

Информация может быть передана для ее последующего использования, обработки  или хранения. Передача информации - всегда двусторонний процесс.

Информация передается в форме сообщений от некоторого источника информации к ее приемнику посредством канала связи между ними. Источник посылает передаваемое сообщение, которое кодируется в передаваемый сигнал. Этот сигнал посылается по каналу связи. В результате в приемнике появляется принимаемый сигнал, который декодируется и становится принимаемым сообщением.

                             канал связи
источник --------------------------------- > приемник

Пример:

Живое существо своими органами чувств (глаз, ухо, кожа, язык и т. д.) воспринимает информацию из внешнего мира, перерабатывает ее в определенную последовательность нервных импульсов, передает импульсы по нервным волокнам, хранит в памяти в виде состояния нейронных структур мозга, воспроизводит в виде звуковых сигналов, движений и т.п., использует в процессе своей жизнедеятельности.

     Информационные процессы, осуществляемые по определенным информационным технологиям, составляют основу информационной деятельности человека.

Компьютер является универсальным устройством для автоматизированного выполнения информационных процессов.

Вопросы

1. Что такое информационный процесс?
2. Какие действия с информацией выполняет человек?
3. Приведите различные примеры обработки информации.
4. Объясните схему:  

                                       канал связи
источник --------------------------------- > приемник

Для любознательных
Единство информационных процессов

Установлена общность информационных процессов в живой природе, обществе, технике.

Каждую весну вы наблюдаете, как на деревьях появляются почки, которые потом распускаются, превращаясь в листья, а осенью меняют окраску и опадают. Все эти процессы неразрывно связаны с информацией. Дерево воспринимает информацию о состоянии окружающей среды: температуре воздуха и почвы, продолжительности светового дня, интенсивности солнечных лучей. Такая информация служит сигналом для протекания различных физико-химических процессов в клетках, а значит, управляет этими процессами.

В животном мире, так же как и в мире людей, информация играет немаловажную роль. Например, звуковое общение насекомых имеет удивительную особенность: несмотря на многочисленные помехи (другие звуки), они безошибочно выделяют нужный сигнал и точно определяют его источник.

Звуки и запахи несут информацию для животных и растений. Прикосновение - это тоже информационный процесс.

Есть ли различия в информационных процессах, характерных для растительного и животного мира? Заметим, что изменение температуры передается листьям от корней, а не при непосредственном контакте. Передача растением информации за пределы собственных живых клеток другому растению не предусмотрена, что отличает растительный мир от животного. У животных, живущих сообществами, даже выработался особый язык (например, язык хвостов у волков) для передачи сообщений друг другу. Но это отличие растительного мира от животного, а не информационных процессов, которые протекают в этих мирах.

Можно утверждать, что в неживой природе информационный процесс не свойственен — ни камню, ни умершему живому организму. При воздействии окружающей среды могут происходить изменения (разрушение, химические реакции). Но эти изменения происходят не в результате информационного воздействия, а в результате физического воздействия или химической реакции. Здесь нет информационной системы. Отсутствует восприятие параметров, подлежащей обработке, тем самым переводящие её в ранг информации.

В неживой  природе можно говорить об информационных процессах применительно  к технике, когда  она реагирует на некоторые действия человека.

С такими процессами вы сталкиваетесь, когда опускаете в автомат турникета жетон, который проверяется на соответствие. Информация о проверке поступает на специальное устройство, которое открывает турникет.

Техника моделирует некоторые действия человека и способна иногда заменить его. Пример — телефонный автомат на улице.

С информационными процессами вы сталкиваетесь с детства.

Для того чтобы получать и передавать знания, узнавать об опасности, выражать свое отношение к происходящему, людям необходимо вступать в контакты (общаться друг с другом). Это называется коммуникацией и является основой информационных процессов в человеческом обществе. Это слово происходит от латинского communicatio (сообщение,  передача) и обозначает процесс обмена мыслями, сведениями, идеями, то есть информацией. Коммуникацией часто называют не только процесс, но и путь и средства передачи некоего объекта с одного места на другое.

Люди общаются при помощи речи, жестов, книг, телепередач, кинофильмов, театральных представлений, компьютеров и пр. Люди являются самыми важными объектами в системе коммуникаций. Без их участия этот процесс не может состояться. Общение - процесс двусторонний. Без обмена информацией невозможно развитие человеческого общества.

Внешние условия (среда) накладывают отпечаток на  информационные процессы, а, следовательно, и  на коммуникационные процессы. Например, поведение человека в воде совершенно другое, нежели на суше. Изменение коммуникационной среды требует от людей, желающих общаться между собой, знания языка, правил общения, умения читать, писать.

Коммуникационная среда - это совокупность условий обмена информацией.

С появлением электричества прочное место в передаче информации занимают телефон, телеграф. Позже появились средства радиосвязи, обеспечивающие коммуникации  без проводов. Это сделало возможной связь в любых условиях.

После изобретения радио, телевидения, аудио- и видеосредств появилась возможность тиражирования и распространения информации в больших количествах, она стала доступна широким массам людей. Поэтому коммуникационные системы, обеспечивающие распространение информации с помощью радио, телевидения, кино, звукозаписи, видеозаписи и печатных изданий, называют средствами массовой информации (СМИ). С развитием этих средств люди получили постоянные источники информации.

 С появлением  компьютеров развитие информационных процессов приобретает небывалый размах. Новая среда предоставляет   условия обмена информацией и хранения ее в виде, удобном для  корректировки и видоизменения. Сейчас появились информационные системы, дающие человеку возможность практически мгновенно получать необходимую информацию, передавать ее на большие расстояния. Однако это требует от человека определенных знаний для использования такой среды. Компьютеры соединяются между собой в глобальную систему, создавая информационную среду общения людей, имеющих доступ к этой системе.

Таким образом, информационные процессы присущи живой природе, обществу и технике.

 §3 Информационные революции. Информационное
общество. Информатизация. Информационная культура

Вплоть до XV века деятельность общества была направлена на овладение веществом, то есть познание свойств вещества и изготовление сначала примитивных, а потом более сложных орудий труда.

Затем в процессе становления общества на первый план вышла проблема овладения энергией — сначала тепловой, затем электрической, наконец, в XX веке — атомной. Овладение энергией позволило освоить массовое производство потребительских ценностей и, как следствие, повысить уровень жизни людей и изменить характер их труда.

В то же время людям всегда была свойственна потребность выразить и запомнить информацию об окружающем мире. В истории развития цивилизаций произошло несколько информационных революций.

Первая революция связана с изобретением письменности (около 5 тыс. лет назад). Люди получили возможность не только обмениваться информацией при непосредственном общении, но и записывать её, хранить и передавать следующим поколениям. Были изобретены различные языки письменности, которые использовали знаки для написания слов, предложений. В древней Индии для изображения чисел придумали специальные знаки – цифры от 0 до 9. Появилась десятичная система счисления – язык для представления чисел, которым человечество пользуется уже несколько тысячелетий.

Вторая революция вызвана изобретением книгопечатания. Печатный станок, созданный И. Гуттенбергом в Германии в 1440 году открыл новую эру в обмене информацией. Знания, информация стали широко тиражируемыми, доступными многим. Это послужило мощным стимулом для увеличения грамотности населения, развития образования, науки, производства. Данное изобретение радикальным образом изменило общественную культуру.

Третья революция. Начиная примерно с 17 века в процессе становления машинного производства, на первый план выходит проблема овладения ЭНЕРГИЕЙ (машины и станки необходимо было приводить в движение). Сначала совершенствовались способы овладения энергией ветра и воды (ветряные мельницы и водяные колёса), а затем человечество овладело тепловой энергией (в середине 18 века была изобретена паровая машина, а в конце 19 века – двигатель внутреннего сгорания).

В конце 19 века началось овладение электрической энергией, были изобретены электрогенератор и электродвигатель. И, наконец, в середине 20 века человечество овладело атомной энергией, в 1954 году в СССР была пущена в эксплуатацию первая атомная электростанция.

Овладение энергией позволило перейти к массовому машинному производству потребительских товаров, было создано индустриальное общество.

Основным показателем развитости индустриального общества являлись количественные показатели, т.е. сколько было добыто угля и нефти, сколько произведено станков и т.д.

В этот период происходили также существенные изменения в способах хранения и передачи информации. В конце 19 века для передачи информации на длинные расстояния по проводам стали широко использоваться телеграф и телефон. В 20 века – электромагнитные волны (радио, а затем и телевидение, позволяющие оперативно передавать информацию).

Четвертая революция (70-е годы XX в) связана с изобретением персонального компьютера. Хотя начало четвертой революции положил Чарльз Беббидж в середине 19 века, когда создал механическую цифровую аналитическую машину.

Создание персонального компьютера было предопределено нараставшими объемами информации, с которыми сложно справиться с помощью традиционных технологий: бумаги и ручки. Это противоречие стало негативно сказываться на темпах роста научно-технического процесса. Начинали говорить об "информационном взрыве", называя так бурный рост потоков и объемов информации. В качестве средства для хранения, обработки и передачи информации научно-технический прогресс предложил обществу компьютер.

Еще недавно никто не представлял, что человечество окажется на пороге новой эры в развитии цивилизации — информационной.

С середины 20 века начался постепенный переход от индустриального к информационному обществу. Т.е. в настоящее время происходит активный процесс информатизации общества.

Под информатизацией понимается активное внедрение компьютерной техники и новых информационных технологий в различные сферы производства, общественной и личной жизни людей.

Информационное общество — общество, в котором большинство работающих заняты производством, хранением, обработкой, продажей и обменом информацией.

В информационном обществе главным ресурсом является информация, именно на основе овладения информацией о самых различных процессах и явлениях можно эффективно и оптимально строить любую деятельность.

В информационном обществе важным становится не только произвести большое количество продукции, но и произвести нужную продукцию в определённое время, с определёнными затратами и т.д. Поэтому в информационном обществе повышается не только качество потребления, но и качество производства, человек, использующий информационные технологии, имеет лучшие условия труда, труд становиться творческим, интеллектуальным и т.д.

В качестве критериев развитости информационного общества можно взять три:

1. Наличие компьютеров.
2. Уровень развития компьютерных сетей.
3. Количество населения, занятого в информационной сфере, а также использующего информационные и коммуникационные технологии в своей повседневной деятельности.

В последнее время появилась новая категория культуры - информационная. Это вызвано тем, что для жизни и работы в информационном обществе человек должен быть подготовлен к быстрому восприятию и обработке больших объемов информации; ему необходимо овладеть современными средствами, методами и технологией работы. Кроме того, в новых жизненных условиях степень информированности одного человека напрямую зависит от информации, приобретенной другими людьми. Поэтому уже недостаточно уметь самостоятельно осваивать и накапливать информацию, а следует научиться такой технологии работы с информацией, когда решения подготавливаются и принимаются на основе коллективного знания. Таким образом, человек должен иметь определенный уровень культуры для работы с информацией.

Информационная культура - умение целенаправленно работать с информацией для ее получения, обработки и передачи, используя компьютерную информационную технологию, современные средства и методы.

Будучи важнейшей составляющей культуры в целом, информационная культура является продуктом разнообразных творческих способностей человека. В основном она проявляется в следующем:

• в конкретных навыках по использования различных технических устройств - от телефона до персонального компьютера и компьютерных сетей;
• в способности использовать в своей работе компьютерную информационную технологию;
• в умении извлекать информацию из различных источников - от периодической печати до электронных коммуникаций;
• в умении представлять информацию в понятном виде и эффективно ее использовать;
• в знании аналитических методов обработки информации;
• в умении работать с различными видами информации.

Информационная культура заимствует и использует достижения многих наук: кибернетики, информатики, теории информации, математики, теории проектирования баз данных и ряда других дисциплин. Неотъемлемой частью информационной культуры является знание информационной технологии и умение применять ее на практике.

В информационном обществе необходимо овладевать информационной культурой с раннего детства, сначала с помощью электронных игрушек, а позднее - с привлечением персонального компьютера.

Вопросы и задания 

1. Расскажите об информационных революциях в истории развития цивилизации.
2. Насколько болезненны для общества информационные революции?
3. Что нужно понимать под словом информатизация?
4. Что такое информационное общество и как вы себе его представляете? Можно ли сказать “Общество людей, живущих в России – это информационное общество”?
5. Почему человеку необходимо овладевать информационной культурой?
6. На сколько информатизация и информационная культура связаны с компьютерной техникой?
7. Какого человека можно назвать информационно культурным?

Для любознательных

В информационном обществе использование компьютеров во всех сферах человеческой деятельности обеспечит доступ к надежным источникам информации, избавит людей от рутинной работы, ускорит процесс принятия оптимальных решений, автоматизирует обработку информации в производственной и социальной сферах.

В результате движущей силой развития общества должно стать производство информационного, а не материального продукта. Что же касается материального продукта, то он станет более "информационно ёмким", и его стоимость будет в значительной степени зависеть от объема допущенных в его структуре инноваций, от дизайнерского решения до качества маркетинга.

В информационном обществе изменится не только производство, но и весь уклад жизни, система ценностей, возрастет значимость культурного досуга. От человека потребуется способность к творчеству, возрастет спрос на знания.

Материально-технической основой информационного общества станут различного рода системы на базе компьютерной техники и компьютерных сетей, информационной технологии, телекоммуникационной связи.

В конце XX века созданная теоретиками картина информационного общества постепенно приобретает зримые очертания. Прогнозируется превращение всего мирового пространства в единое компьютеризированное и информационное сообщество людей, проживающих в квартирах и коттеджах, оснащенных всевозможными электронными приборами и компьютеризированными устройствами. Деятельность людей будет сосредоточена, главным образом, на обработке информации, а производство энергии и материальных продуктов будет возложено на машины.

 На сколько Вы информационно культурный человек?

Человек, который может назвать себя информационно культурным должен овладеть определённым комплексом знаний, умений и навыков в области информационных и коммуникационных технологий, таких как:

• овладение офисными информационными технологиями, т.е. если на заре цивилизации (Шумер, Египет), и до изобретения книгопечатания, а также в античные времена (Эллада, Римская империя др.) навык каллиграфического письма был залогом успешного продвижения по социальной лестнице, то в настоящее время значимость навыка письма ручкой снижается, а умение вводить информацию с помощью клавиатуры - возрастает;

• умение работать с мультимедийными документами, создавать компьютерные презентации, т.е. умение вставлять в документ мультимедийные объекты (графику, звук, анимацию, видео);

• получение первоначального представления о назначении и возможностях компьютерных систем автоматизированного проектирования (САПР), т.е. работать в системах, которые позволяют быстро рассмотреть различные варианты планировки интерьера дома или квартиры, создать чертёж или схему;

• умение использовать электронные таблицы, т.е. делать более простыми и наглядными процессы исследования и построения моделей, процессов, графиков функций, планирования и ведения домашнего бюджета и т.п.;

• умение создавать базы данных и вести в них поиск данных;

• умение использовать средства программирования;

• иметь навык коммуникативной культуры, т.е. умение создавать и посылать электронные письма, находить нужную информацию во Всемирной паутине и т.д. и т.п.,

а также предполагает знание и соблюдение юридических и этических норм и правил (например, законы запрещают использование пиратского компьютерного обеспечения, пропаганду насилия, наркотиков и порнографии, особенно в Интернет).

Тест по теме "Информация и информационные процессы"

На тест отводится 15 минут. Читайте вопрос и все варианты ответа. Правильный ответ только один.
Исправления допускаются в следующем виде: неправильный ответ должен быть зачеркнут и рядом поставленный правильный ответ (например, 20. ? а).

1. В каком порядке появлялись понятия “вещество”, “энергия”, “информация”?

а) вещество, энергия, информация; б) энергия, вещество, информация;
в) информация, энергия, вещество; г) вещество, информация, энергия.

2. Норберт Винет –

а) основатель науки “Информатика”;
б) первым описал мир, как вещественно-энергетическую модель;
в) основатель науки “Кибернетика”;
г) изобретатель первого робота – киборга.

3. Информатика – это наука

а) об информации;
б) об информации и её свойствах;
в) о способах получения, преобразования, хранения, передачи и использования информации;
г) о внедрении компьютерной техники и информационных технологий в различные сферы производства, общественной и личной жизни людей.

4. Информацию, не зависящую от личного мнения или суждения, можно назвать:

а) достоверной; б) актуальной; в) объективной; г) понятной.

5. Информацию, отражающую истинное положение дел, называют

а) понятной; б) достоверной; в) объективной; г) полной.

6. Информацию, достаточную для решения поставленной задачи, называют:

а) полезной; б) актуальной; в) полной; г) достоверной.

7. Известно, что наибольший объем информации человек получает при помощи:

а) органов слуха; б) органов зрения;
в) органов осязания; г) органов обоняния.

8. Информационное общество это:

а) общество, в котором большинство работающих заняты производством информации;
б) общество, в котором большинство работающих заняты хранением и продажей информации;
в) общество, в котором большинство работающих заняты производством,  хранением, обработкой, продажей и обменом информации;
г) общество, которое общается с помощью компьютерной техники.

9. Информационная культура это:

а) умение целенаправленно работать с информацией для ее получения, обработки и передачи, используя компьютерную информационную технологию, современные средства и методы;
б) использование в своем лексиконе новых, малознакомых другим слов;
в) приобретение компьютера;
г) расширение знаний в сфере обработки, получения и передачи информации.

10. С точки зрения субъективного подхода, информация – это:

а) символы; б) сигналы; в) знания; г) интеллект.

11. С точки зрения кибернетического подхода, информация – это:

а) символы (сигналы); б) буквы и цифры в) знания; г) интеллект.

12. Что из перечисленного не является свойством информации? 1)полезность, 2)достоверность, 3) временность, 4) актуальность, 5) полнота, 6)точность, 7)истинность.

а) 1,2 и 3; б)3 и 7; в) 3 и 5; г) 4, 5 и 7.

13. Смена состояний объекта в результате произведённых действий называется

а) процессом; б) кризисом; в) влиянием; г) системой.

14. Какое из нижеприведенных утверждений ближе всего раскрывает смысл понятия “информация" в общем:

а) сведения, которые нас интересуют;
б) часть сообщения, которая участвует в управлении;
в) отражение внешнего мира с помощью знаков и сигналов;
г) сообщения,  которые обладают новизной или полезностью.

15. Возрастающее противоречие между объемом накапливаемой в обществе информации и ограниченными возможностями ее обработки отдельно взятой личностью – это …

а) информационный процесс; б) информационный кризис;
в) информационная революция; г) информационная система.

§4 ИНФОРМАЦИОННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ. ИСТОРИЯ
ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЭВМ (ПК) и КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

Информационной деятельностью будем называть деятельность человека, связанную с процессами получения, преобразования, накопления и передачи информации.

Тысячелетиями предметами труда людей являлись материальные объекты. Все орудия труда – от каменного топора до первой паровой машины, электромотора или токарного станка – были связаны с обработкой вещества, использованием и преобразованием энергии. Вместе с тем человечеству пришлось решать задачи управления обществом и отдельными группами людей, а также накопления и передачи информации, опыта, знания. Появляется потребность в деятельности, связанной с преобразованием, накоплением, систематизацией информации, и возникают группы людей, чья профессия связана исключительно с информационной деятельностью. В древности, например, военачальники, жрецы, летописцы, а затем – учёные и т.д. Постоянно расширялся круг людей, занятых обработкой и накоплением информации. Непрерывно рос объём человеческих знаний, опыта, а вместе с ним и количество книг, рукописей и других письменных документов. Появилась необходимость создания специальных хранилищ этих документов – библиотек, архивов. Информацию, содержащуюся в книгах и других документах, требовалось не просто хранить, а упорядочивать, систематизировать. Так возникли библиотечные классификаторы, предметные и алфавитные каталоги и другие средства систематизации книг и документов, появились профессии библиотекаря, архивариуса.

По мере развития общества, научно-технического прогресса человечество создавало всё новые средства и способы сбора, хранения, передачи информации. Но важнейшее в информационных процессах – обработка и целенаправленное преобразование информации – осуществлялось исключительно человеком.

Однако развитие науки, образования обусловило быстрый рост объёма информации, знаний человека. Если в начале XIX века общая сумма человеческих знаний удваивалась приблизительно каждые пятьдесят лет, то в последующие годы – каждые пять лет. Это привело к информационному кризису: человечество не справлялось с обработкой нарастающих объёмов информации старыми методами.

Естественным выходом из создавшейся ситуации стала автоматизация процессов обработки информации. Точнее – избавление человека от многих трудоёмких, но не требующих творческого подхода видов деятельности, связанных с обработкой информации.

Первые попытки создания инструментов для обработки информации связаны со стремлением упростить выполнение действий над числами. В Древнем Китае (около четырёх тысяч лет назад) были изобретены счёты. Греки и римляне более двух тысячелетий назад начали использовать абак – счётную доску, на которой числа изображались определённым количеством камешков, а действия над числами – передвижением этих камешков.

В 1642 году известный французский физик и математик Блез Паскаль изобрёл арифмометр – устройство для сложения и вычитания чисел, а двадцать лет спустя немецкий математик Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, выполнявший все четыре арифметических действия.

Арифмометры несколько столетий верно служили людям, являясь незаменимыми помощниками человека в бухгалтерском учёте, проведении научных расчётов и в других областях его деятельности. Однако арифмометры обладали ограниченными возможностями – скорость вычислений на них была невелика, память арифмометра могла хранить лишь результат очередной арифметической операции.

В конце XIX века в США проводилась первая перепись населения. В преддверии этой работы, связанной с учётом и обобщением огромного количества данных о многомиллионном населении, американский инженер Г. Холлерит сконструировал электромеханическое вычислительное устройство – табулятор. Табулятор в несколько раз превосходил арифмометр по скорости вычислений и имел память на перфокартах – картонных картах, на которых пробивались (перфорировались) специальные отверстия. Определённая система отверстий изображала число. Табуляторы нашли широкое применение и явились предшественниками вычислительных машин нашего времени.

Однако идеи, положенные в основу принципа действия современных ЭВМ (электронных вычислительных машин), или компьютеров (от английского слова compute – вычислять), были сформулированы англичанином Чарльзом Беббиджем в 30-х годах XIX века. Предложенный им проект “аналитической машины” содержал устройства, характерные и для современных ЭВМ. Аналитическая машина должна была обрабатывать числовую информацию по заранее составленной программе без вмешательства человека. В этой машине имелись все основные устройства современного компьютера: Склад (Память), Мельница (Процессор) и т.д. Беббидж пытался осуществить свой проект и построить вычислительную машину из механических элементов, но технический уровень того времени не позволил реализовать его блестящую идею.

Впоследствии в 1945 году (почти сто лет спустя) американский учёный Джон фон Нейман развил блестящую идею Беббиджа и сформулировал принцип программно-управляемой вычислительной машины. Эти принципы были реализованы в первой ЭВМ “ЭНИАК”, построенной в США в 1946 году. В СССР первая ЭВМ “МЭСМ-1” была разработана в 1951 году под руководством академика Сергея Алексеевича Лебедева.

Первые ЭВМ были ламповыми (включали в себя десятки тысяч ламп), очень дорогими и громоздкими устройствами, требующими для эксплуатации больших, специально оборудованных помещений, и поэтому их количество измерялось единицами. Средства общения человека с машиной были весьма ограничены – все данные, вводимые в ЭВМ, набивались на перфокарты. Сложными машинными языками владели лишь профессиональные программисты. Их обслуживали десятки программистов и инженеров. В 50-60-е годы ЭВМ создавались для ускорения и автоматизации вычислительной работы, как правило, выполнения огромной однообразной работы, например, при вычислении траектории движения спутников или начисления зарплаты на большом предприятии.

Ситуация с использованием вычислительной техники стала принципиально меняться в 70-х годах. Появился первый персональный компьютер с использованием БИС (больших интегральных схем) – Apple II (с этого компьютера начала своё существование фирма Apple). Благодаря разработке новой технологии удалось в сотни раз уменьшить размеры и стоимость электронных элементов ЭВМ. Компьютер, предназначенный для использования одним человеком, стал помещаться на письменном столе. Изменились средства общения с компьютером, машина “научилась” обрабатывать текстовую информацию. Теперь можно общаться с ним с помощью клавиатуры, а машина ведёт диалог с человеком и выдаёт решения поставленных задач в виде текста или рисунков на экране. Появились языки общения с компьютером.

В начале 80-х годов приступила к массовому производству персональных компьютеров корпорация IBM (компьютеры так и назывались IBM Personal Computer – IBM PC).

В настоящее время компьютеры всё больше приближаются к естественному человеческому языку и поэтому овладеть ими за достаточно короткое время в состоянии каждый. Кроме того, профессиональными программистами создано большое количество прикладных программ для решения на компьютерах типовых задач, часто встречающихся во многих областях деятельности человека. Наборы таких прикладных программ для определённой отрасли позволяют воспользоваться компьютером при их решении специалисту, не владеющему программированием, а как следствие, значительно расширилась сфера применения компьютеров. Если в первые годы своего существования ЭВМ использовались в основном для вычислений, то в настоящее время компьютеры широко применяются для обработки не только числовой, но и других видов информации. С 80-х годов стала возможной обработка на компьютере графической информации, а с 90-х – звуковой. Современный персональный компьютер превратился в мультимедийный, т.е. на нём можно обрабатывать числовую, текстовую, графическую и звуковую информацию. Благодаря этому информатика и вычислительная техника прочно вошла в жизнь современного человека.

Существенной тенденцией в информатизации общества является переход от использования компьютеров в автономном режиме к использованию их в информационных сетях.

Информационные сети создают реальную возможность быстрого и удобного доступа пользователя ко всей информации, накопленной человечеством за всю историю. Компьютерные сети – это:

• передача информации по электронной почте и участие в телеконференциях;
• поиск информации во Всемирной паутине и архивах;
• интерактивное общение и покупки в Интернет-магазинах;
• прослушивание радиостанций и просмотр телевизионных программ и …

Развитие глобальных компьютерных сетей началось в 80-е годы. В 1981 году в сети Интернет насчитывалось 213 компьютеров, к концу 80-х – до 150 тысяч, в 2001 – почти 110 миллионов.

По количеству серверов Интернета судят о степени информатизации некоторых стран. По данным на 2002 год наибольшее число серверов находится в США (около 79 миллионов), на втором месте – Япония (4,6 миллиона серверов), Россия занимает – 24-е место (330 тысяч серверов).

Более подробно о компьютерных сетях мы поговорим в другой раз.

Вопросы:

1. Что понимают под информационной деятельностью?
2. Расскажите о “помощниках” человека в обработке информации.
3. Кто первым предложил проект работы аналитической машины? Когда и где появилась такая машина?
4. Где и когда была изобретена первая ЭВМ?
5. Почему массовое производство персональных компьютеров началось только в 70-е годы?
6. Расположите в хронологическом порядке виды информации, которые “научился” обрабатывать компьютер.
7. Узнайте, существуют ли в настоящее время фирмы Apple и IBM. Если да, то чем они занимаются.
8. Перечислите основные вычислительные средства с указанием времени их изобретения.
9. В чём основная заслуга Чарльза Беббиджа?
10. По какому параметру судят некоторые страны об их информатизации?
11. Зачем нужны компьютерные сети?
12. Когда началось развитие глобальных компьютерных сетей?

Задания:

1. Выберите из предложенного списка профессии, которые в наибольшей степени связаны с информационной сферой деятельности человека:

а) бухгалтер; б) повар; в) программист; г) учитель;
д) водитель; е) портной; ж) продавец; з) журналист;
и) актёр; к) менеджер; л) ведущий; м) воспитатель.

2. В чём отличие пользователя от программиста?
3. Для каких целей могут использовать компьютер люди следующих профессий:

а) конструктор автомобилей ____________________________________________,
б) писатель __________________________________________________________ ,
в) бухгалтер __________________________________________________________,
г) врач ______________________________________________________________,
д) физик ____________________________________________________________ .

4. Опишите, какие действия с информацией (информационные процессы) будут выполнены учеником, если он:

а) учит правило; б) решает у доски задачу;
в) слушает музыку; г) пишет письмо;
д) пишет диктант; е) переводит текст с английского языка на русский.

5. Опишите, кто или что будет являться источником и кто или что – приёмником информации в следующих ситуациях:

а) Андрей собирается перейти перекрёсток, регулируемый светофором,
б) Петя беседует с Колей по телефону,
в) Аня слушает прогноз погоды по радио,
г) Женя учит стихотворение А.С. Пушкина “Анчар”,
д) Света едет в автобусе до остановки “Парк культуры” в незнакомом городе.

6. Составьте таблицу способов символьного представления информации в перечисленных областях. Если знаков много, то запишите или нарисуйте 5 из них.
   

Область применения	Используемые символы
Математика
Музыка
Медицина
География
Литература

§5 КОЛИЧЕСТВО ИНФОРМАЦИИ КАК МЕРА УМЕНЬШЕНИЯ
НЕОПРЕДЕЛЁННОСТИ ЗНАНИЙ. ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ
ИНФОРМАЦИИ

Человек получает информацию из окружающего мира с помощью органов чувств, анализирует её и выделяет важные существенные закономерности с помощью мышления и хранит полученную информацию в памяти. Процесс систематического научного познания окружающего мира приводит к накоплению информации в форме знаний (фактов, научных теорий и т.д.). Таким образом, с точки зрения науки информация рассматривается как знания.

Процесс познания можно наглядно изобразить в виде расширяющегося круга знания (такой способ придумали ещё древние греки). Вне этого круга лежит область незнания, а окружность является границей между знанием и незнанием. Парадокс состоит в том, что чем большим объёмом знаний обладает человек и чем шире круг его знаний, тем больше граница нашего незнания, мерой которого в этой модели является длина окружности.

Так, объём знаний выпускника школы гораздо больше, чем объём знаний первоклассника, однако и граница его незнания существенно больше. Действительно, первоклассник совершенно ничего не знает о законах физики и его это не волнует, тогда как выпускник школы при подготовке к экзаменам по физике может обнаружить, что существуют физические законы, которые он не знает и не понимает.

Информацию, которую получает человек, можно считать мерой уменьшения неопределённости знания. Если некоторое сообщение приводит к уменьшению неопределённости наших знаний, то можно говорить, что такое сообщение содержит информацию.

Например, после сдачи экзамена вы мучаетесь неопределённостью, вы не знаете какую оценку вы получили. Наконец, экзаменационная комиссия объявляет результаты экзамена и вы получаете сообщение, которое приносит полную определённость, теперь вы знаете свою оценку. Происходит переход от полного незнания к полному знанию, значит, сообщение экзаменационной комиссии содержит информацию.

Вопрос “как измерить информацию?” очень непростой. Ответ на него зависит от того, что понимать под информацией. Но поскольку определить информацию можно по-разному, то и способы измерения тоже могут быть разными.

Информацию друг другу мы передаем в устной и письменной форме, в форме жестов, мимики, знаков. Информацию мы получаем, передаем другим и делаем определенные умозаключения на ее основе.

В любом виде информация выражает сведения о ком-то или о чем-то, и при этом она обязательно имеет некоторую форму — форму рассказа, рисунка, статьи и т.д. Чертежи и музыкальные произведения, книги и картины, спектакли и фильмы — все это формы представления информации.

    Информация в наиболее общем понимании — это отражение предметного мира с помощью знаков и сигналов.

 Можно выделить, по крайней мере, четыре различных подхода к определению понятия информация.

В быту слово "информация" применяется как синоним слов: "сведения", "сообщение", "осведомление о положении дел". Очевидно, что количественно измерить информацию, определенную таким образом, невозможно, в лучшем случае можно говорить о достоверности или недостоверности информации.

В кибернетике понятие "информация" используется для характеристики управляющих сигналов, которые обеспечивают устойчивое функционирование сложных систем. Тогда количество информации равно количеству сигналов.

В философии понятие "информация" тесно связано с такими понятиями как взаимодействие и познание. В процессе взаимодействия двух объектов происходят их изменения, можно сказать, что на них отпечатывается информация о взаимодействии, но как измерить – на сколько изменились познания человека? Мы только знаем, что человек познает окружающий мир, и в его сознании накапливаются знания, т.е. информация.

В информатике понятие " информация" вводится как мера уменьшения неопределенности. Такой подход позволяет количественно измерять информацию, что чрезвычайно важно для информатики как технологической науки. Рассмотрим такой подход к определению информации более подробно на примерах, когда существуют некоторое количество событий, каждое из которых может произойти с определенной вероятностью, например, "бросания монеты". Перед броском существует неопределенность, как упадет монета предсказать невозможно. После броска реализуется полная определенность (например "орел"). При бросании четырехгранной пирамиды существует 4 возможных исхода, а при бросании игрального кубика - 6 возможных исходов. Очевидно, что чем больше возможных событий, тем больше начальная неопределенность результата и, главное, тем больше количество информации будет получено после проведения опыта.

Итак,

Количество информации -  мера уменьшения неопределенности знаний.

Для количественного определения любой величины необходимо выбрать единицу измерения.

За единицу измерения информации принято такое количество информации, которое мы получаем при уменьшении неопределенности в два раза. Такая единица называется бит.

Если вернуться к опыту с бросанием монеты, то здесь неопределённость как раз уменьшается в два раза (из двух возможных событий реализуется одно), и, следовательно, полученное количество информации равно 1 биту.

Существует формула, которая связывает между собой количество возможных событий N и количество информации I:

N = 2^I

По этой формуле можно определить количество возможных событий, если известно количество информации. Например, если мы получили 4 бита информации, то количество возможных событий составляло:

N = 2⁴ = 16.

Наоборот, для определения количества информации, если известно количество событий, необходимо решить показательное уравнение относительно I. Например, в игре “Крестики – нолики” на поле 8х8 перед первым ходом существует 64 возможных события (64 варианта расположения “крестика”), тогда уравнение принимает вид:

64 = 2^I.

Так как 64=2⁶, то уравнение принимает вид:

2⁶ = 2^I.

Таким образом, I=6 бит, т.е. количество информации, полученное вторым игроком после первого хода первого игрока, составляет 6 бит.

1бит – слишком мелкая единица измерения информации. На практике используется более крупная единица – 1 байт, которая равна 8 битам.

1 байт = 2³ бит = 8 бит

В информатике система образования кратных единиц измерения количества информации несколько отличается от принятых в большинстве наук. Компьютер оперирует числами не в десятичной, а в двоичной системе счисления, поэтому в кратных единицах измерения количества информации используется коэффициент 2ⁿ:

1 Кбайт = 2¹⁰ байт = 1024 байт
1 Мбайт = 2²⁰ байт = 1024 Кбайт
1 Гбайт = 2 ³⁰ байт = 1024 Мбайт

Вопросы:

1. Как можно наглядно представить процесс познания?
2. Как вы понимаете слова “знание” и “незнание”?
3. Приведите примеры уменьшения неопределённости знаний после получения информации о происшедшем событии.
4. В чём состоит неопределённость знания в опыте по бросанию монеты?
5. Что такое информация в понимании философии, кибернетики, информатики и других наук?
6. Что понимается под количеством информации?
7. Как зависит количество информации от количества возможных событий?
8. Как вы думаете, какие события можно назвать равновероятными?
9. Что такое бит?
10. В каких единицах измеряется информация?

Задания:

1. Определите, какое из сообщений для вас является информативным (объясните - почему?).
   

   • Площадь Тихого океана – 179 млн. кв. км.
   • Москва – столица России.
   • Вчера весь день шёл дождь.
   • Завтра ожидается солнечная погода.
   • Дивергенция однородного векторного поля равна нулю.
   • Dog – собака (по-английски)
   • Ro do, may si, lot do may.
   • 2 х 2 = 4

2. В коробке лежали 64 фломастера. Все фломастеры – разных цветов. Какое количество информации содержит сообщение о том, что из неё достали красный фломастер?
3. В доме 16 этажей. На каждом этаже по несколько квартир. Сообщение о том, что Саша живёт в квартире № 40, содержит 6 бит информации. Сколько квартир на каждом этаже?

§6 ФОРМУЛА ШЕННОНА. АЛФАВИТНЫЙ ПОДХОД
К ОПРЕДЕЛЕНИЮ КОЛИЧЕСТВА ИНФОРМАЦИИ

Существует множество ситуаций, когда возможные события имеют различные вероятности реализации. Например, если монета несимметрична (одна сторона тяжелей другой), то при её бросании вероятности выпадения “орла” и “решки” будут различаться.

Формулу для вычисления количества информации для событий с различными вероятностями предложил К. Шеннон в 1948 году. В этом случае количество информации определяется по формуле (названной формулой Шеннона):

,

где I – количество информации,

N – количество возможных событий,

P – вероятности отдельных событий.

Например, пусть при бросании несимметричной четырёхгранной пирамидки вероятности отдельных событий будут следующими:

р₁ = 1/2, р₂ = 1/4, р₃ = 1/8, р₄ = 1/8,

тогда количество информации, которое мы получим после реализации одного из них, можно рассчитать по формуле Шеннона:

I=-(1/2*Log1/2+1/4*Log1/4+1/8*Log1/8+1/8*Log1/8) бит = (1/2 + 2/4 + 3/8 + 3/8) бит = 14/8 бит = 1,75 бит.

Если события равновероятны, то количество информации определяется по формуле: I = log₂N или из показательного уравнения: N = 2^I.

Пример 1.

После экзамена по информатике, объявляются оценки ("2", "3", "4", или "5"). Какое количество информации будет нести сообщение об оценке учащегося А, который выучил лишь половину билетов, и сообщение об оценке учащегося В, который выучил все билеты.

Решение:

Для учащегося А все четыре оценки равновероятны, тогда количество информации вычисляется по формуле: I=log₂ 4 = 2 бита.

Для учащегося В наиболее вероятной оценкой является "5" (р=1/2), вероятность оценки "4" в два раза меньше (р2=1/4),  а вероятности оценок "2" и "3" еще в два раза меньше ( Р3 =р4 =1/8). Так как события не равновероятны, воспользуемся для подсчета количества информации формулой Шеннона:

Ответ: Сообщение об оценке учащегося А равно 2 бита, а учащегося В – 1,75 бит.

Пример 2.

Сколько бит информации получит человек при бросании монеты.

Решение:

При бросании монеты сообщение о результате жребия (например, выпал орел) несет 1 бит информации, поскольку количество возможных вариантов результата равно 2 (“орел” или “решка”). Оба эти варианта равновероятны.

Ответ может быть получен из решения уравнения: 2ⁱ = 2, откуда, очевидно, следует: i = 1 бит.

Ответ. 1 бит.

Вывод: в любом случае сообщение об одном событии из двух равновероятных несет 1 бит информации.

Пример 3.

В барабане для розыгрыша лотереи находится 32 шара. Сколько информации содержит сообщение о первом выпавшем номере (например, выпал номер 15)?

Решение:

Поскольку вытаскивание любого из 32 шаров равновероятно, то количество информации об одном выпавшем номере находится из уравнения:

2ⁱ = 32.

Но 32 = 2⁵. Следовательно, i = 5 бит. Очевидно, ответ не зависит от того, какой именно выпал номер.

Ответ. 5 бит содержит сообщение о первом выпавшем номере.

Пример 4.

При игре в кости используется кубик с шестью гранями. Сколько бит информации получает игрок при каждом бросании кубика?

Решение:

Выпадение каждой грани кубика равновероятно. Поэтому количество информации от одного результата бросания находится из уравнения: 2ⁱ = 6. Решение этого уравнения: i = log ₂ 6.

Этот ответ точен, но можно воспользоваться таблицей логарифмов и с точностью до 3-х знаков после запятой вычислить, что i = 2,585 бит.

Ответ. Количество информации от одного бросания кубика равно Log₂6.

Мы научились определять количество информации, которое содержится в общениях, уменьшающих неопределённость наших знаний. Такой подход рассматривает информацию с точки зрения содержания, её понятности и новизны человека. С этой точки зрения в опыте по бросанию монеты одинаковое количество информации содержится и в зрительном образе упавшей монеты, и в коротком сообщении “Орёл”, и в длинной фразе “Монета упала на поверхность земли той стороной вверх, на которой изображён орёл”.

Однако при хранении и передаче информации с помощью технического устройства целесообразно отвлечься от содержания информации и рассматривать её как последовательность знаков (букв, цифр, кодов цвета точек изображения и т.д.)

Исходя из вероятностного подхода к определению количества информации, набор символов знаковой системы (алфавит) можно рассматривать как различные возможные состояния (события).

Тогда, если считать, что появление символов в сообщении равновероятно, то по формуле N=2^I можно рассчитать, какое количество информации несёт каждый символ. Информационная ёмкость знаков зависит от их количества в алфавите, чем больше их количество, тем больше количество информации несёт один знак.

Так, информационная ёмкость буквы в русском алфавите, если не использовать букву “ё”, составляет: 32 = 2^I, т.е. I = 5 бит.

Количество информации, которое содержит сообщение, закодированное с помощью знаков системы, равно количеству информации, которое несёт один знак, умноженному на число знаков в сообщении.

Пример 5.

Какова мощность алфавита, с помощью которого записано сообщение, содержащее 2048 символов, если его объём составляет 1,25 Кбайт.

Решение:

Переведём информационный объем сообщения в биты: I = 1,25 Кбайт * 1024 * 8 = 10240 бит.

Определяем количество бит, приходящиеся на один символ: 10240 бит : 2048 = 5 бит.

Определяем количество символов в алфавите: N = 2 ^I = 2⁵ = 32.

Ответ. 32 символа в алфавите.

§7 Задачи на определение количества информации

1. Какое количество информации получит второй игрок после первого хода первого игрока в игре “Крестики – нолики” на поле 4х4?
2. Каково было количество возможных событий, если после реализации одного из них мы получили количество информации равное 3 бита? 7 бит?
3. Какое количество информации будет получено при игре в рулетку с 64-мя секторами?
4. Какое количество вопросов достаточно задать вашему собеседнику, чтобы точно определить день его рождения? Месяц его рождения?
5. Какое количество информации получит второй игрок в игре “Угадай число” при правильной стратегии, если первый игрок загадал число в интервале от 1 до 64? От 1 до 128?
6. Какое количество информации получит при игре в шахматы игрок с чёрными фигурами после первого хода белых, если считать, что все ходы равновероятны? В шашки?
7. Вероятность первого события составляет 0,5, а второго и третьего 0,25. Какое количество информации мы получим после реализации одного из них?
8. Какое количество информации несёт в себе сообщение о том, что нужная вам программа находится на одной из восьми дискет?
9. Происходит выбор одной карты из колоды в 32 карты.

а) Какое количество информации мы получим в зрительном сообщении о выборе определённой карты?

б) Сколько информации несёт сообщение о том, что из колоды карт достали карту красной масти?

в) Сколько информации несёт сообщение и том, что из колоды достали карту бубновой масти?

10. Какое количество информации будет содержать зрительное сообщение о цвете вынутого шарика, если в непрозрачном мешочке хранятся:

а) 25 белых, 25 красных, 25 синих, 25 зелёных шариков;

б) 30 белых, 30 красных, 30 синих и 10 зелёных шариков?

11. Найдите х из следующих соотношений:

а) 16^х бит = 32 Мбайт;

б) 8^х Кбайт = 16 Гбайт.

12. Заполните пропуски числами:

а) 5 Кбайт = ________ байт = ________ бит;

б) _____ Кбайт = ______ байт = 12288 бит;

в) _____ Кбайт = ______ байт = 213 бит;

г) _____ Гбайт = 1536 Мбайт = ______ Кбайт;

д) 512 Кбайт = _______ байт = _______ бит.

13. Сколько байтов информации содержится на жёстком диске (винчестере) объёмом 20 Мбайт?
14. Какова мощность алфавита, с помощью которого записано сообщение, содержащее 2048 символов, если его объём составляет 1/512 часть одного мегабайта.
15. Пользователь компьютера, хорошо владеющий навыками ввода информации с клавиатуры, может вводить в минуту 100 знаков. Мощность алфавита, используемого в компьютере равно 256. Какое количество информации в байтах может ввести пользователь в компьютер за 1 минуту.
16. Скорость чтения ученика 10 класса составляет приблизительно 250 символов в минуту. Приняв мощность используемого алфавита за 64, определите, какой объём информации в килобайтах получит ученик, если он будет непрерывно читать в течение 40 минут.
17. В школьной библиотеке 16 стеллажей с книгами. На каждом стеллаже 8 полок. Библиотекарь сообщил Пете, что нужная ему книга находится на пятом стеллаже на третьей сверху полке. Какое количество информации библиотекарь передал Пете?
18. В коробке лежат 7 цветных карандашей. Какое количество информации содержит сообщение, что из коробки достали красный карандаш?
19. Какое количество информации несет сообщение: “Встреча назначена на сентябрь”.
20. Сообщение занимает 3 страницы по 25 строк. В каждой строке записано по 60 символов. Сколько символов в использованном алфавите, если все сообщение содержит 1125 байтов?
21. Юстасу необходимо передать следующее сообщение:

Дорогой Алекс! От всей души поздравляю с
успешной сдачей экзамена по информатике.
Желаю дальнейших успехов. Ваш Юстас.

Пеленгатор определяет место передачи, если она длится не менее 3 минут. С какой скоростью (бит/с) Юстас должен передавать радиограмму?

ТЕСТ
по теме “Информация. Информационные процессы. Информационная
деятельность. Количество информации”

1. “Для кого будет информативно следующее сообщение: "Программа - это алгоритм, записанный на языке программирования”?

а) для дворника; б) для начинающего программиста;

в) для парикмахера; г) для учителя.

2. Какое из нижеприведенных утверждений ближе всего раскрывает смысл понятия “ информация, используемая в бытовом общении”:

а) последовательность знаков некоторого алфавита;

б) сообщение, передаваемое в форме знаков или сигналов;

в) сообщение, уменьшающее неопределенность;

г) сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком непосредственно или с помощью специальных устройств (термометр, барометр и пр.)

3. Работником информационной сферы деятельности является:

а) овощевод; б) плотник; в) журналист; г) спортсмен.

4. Количество информации – это …

а) количество воспринимаемой человеком или машиной информации;

б) бит;

в) мера уменьшения неопределённости знаний;

г) знания, которые получает человек.

5. Ученик пишет изложение. Какие информационные процессы выполняются учеником?

а) приём и отправление

б) приём и обработка;

в) приём, обработка и хранение;

г) приём, обработка, хранение и отправление.

6. Ваня учится в 1-м классе и хорошо знает таблицу умножения, но не знает английского языка. Какое из сообщений будет для Вани информативно?

а) 2 х 8 = 16;

б) My friend is schoolboy

в) Ваня учится в школе

г) В английском алфавите 26 букв.

7. На остановке останавливаются автобусы № 5, № 15 и № 10, маршрутное такси № 40, троллейбусы № 2 и № 7, а также несколько трамваев. Появление транспорта каждого маршрута равновероятно. Сообщение о том, что на остановку подошёл трамвай № 5 содержит 3 бита информации. Сколько маршрутов трамваев останавливается на данной остановке?

а) 8; б) 2; в) 1; г) 3.

8. Вы подошли к светофору, когда горел жёлтый свет. После этого загорелся зелёный. Какое количество информации вы при этом получили?

а) 1 бит; б) 2 бита; в) 0 бит; г) 1 байт.

9. Группа школьников пришла в бассейн, в котором 4 дорожки для плавания. Тренер сообщил, что группа будет плавать на дорожке номер 3. Сколько информации получили школьники из этого сообщения?

а) 1 бит; б) 4 бита; в) 2 бита; г) 3 бита.

10. 1,5 Мбайта равны:

а) 1536 Кбайт; б) 1500 Кбайт в)1500 байт; г) 0,015 Гбайта

11. Информационное сообщение объёмом 1,5 Кбайта содержит 3072 символа. Сколько символов содержит алфавит, с помощью которого было записано это сообщение?

а) 128; б) 16; в) 32; г) 64.

12. Первая ЭВМ появилась в:

а) 1823 году; б) в 1946 году;

в) в 1951 году; г) в 1970 году.

13. Общим свойством машины Беббиджа, современного компьютера и человеческого мозга является способность обрабатывать … информацию.

а) числовую; б) текстовую; в) графическую; г) звуковую.

14. Кто сформулировал принцип программно-управляемой вычислительной машины?

а) Чарльз Беббидж; б) Блез Паскаль;

в) Джон фон Нейман; г) Готфрид Лейбниц.

ТЕМЫ ДЛЯ РЕФЕРАТОВ

1. Вещество, энергия, информация – основные понятия науки.
2. Информационные процессы в живой природе, обществе и технике: получение, передача, преобразование, хранение и использование информации.
3. Информационная деятельность человека
4. Информационная культура человека.
5. Характерные черты информационного общества
6. Достоверная и недостоверная информация в политических играх
7. Средства и способы сбора, хранения, обработки и передачи информации от рождения человечества и до наших дней
8. Информационная картина мира (Мир с точки зрения информации)
9. Вещественно-энергетическая картина мира
10. История развития вычислительной техники
11. Определение количества информации
12. Передача и хранение информации в живых организмах

Лист ответов

Ключ к тесту по теме "Информация и информационные процессы":

1 а 2 в 3 в 4 в 5 б 6 в 7 б 8 в 9 а 10 в 11 а 12 б 13 а 14 в 15 б

Задания §4

1) а, и, г, з, к

4) а) хранение б) хранение, обработка, передача

в) получение г) передача и хранение

д) получение, хранение е) обработка

Задания §5

1. а, г
2. 64 = 2^I, I = 6 бит
3. 2 ⁶ = 64, 64/16 = 4 (квартиры на каждом этаже)

Задания §7

1. 4 х 4 = 16, 2^I = 16, I = 4 бит
2. 2³ = 8 событий и 2⁷ = 128 событий
3. 2^I = 64, I = 6 бит
4. 4 вопроса, 5 вопросов
5. I₆₄= -(1/64*log₂ 1/64+1/32*log₂ 1/32+1/16*log₂ 1/16+1/8*log₂ 1/8+1/4*log₂ 1/4+1/2*log₂ 1/2) = 1,875 бит

I₁₂₈ - аналогично

6. 64/2 = 32 – (8+8) = 16, 2^I = 16, I = 4 бит
7. I= -(1/2*log₂ 1/2+1/4*log₂ 1/4+1/4*log₂ 1/4) = 1,5 бит
8. 2^I = 8, I = 3 бита
9. а) 2^I = 32, I = 5 бит

б) Так как черных и красных мастей поровну, то 2^I = 2, I = 1 бит

в) Так как в картах 4 масти и количество карт одной и той же масти равны, то и любая масть равновероятна: 2^I = 4, I = 2 бита

10. а) 4 равновероятных события: 2^I = 4, I = 2 бита

или I= -(1/4*log₂ 1/4+1/4*log₂ 1/4+1/4*log₂1/4+1/4*log₂ 1/4)= 2 бита

б) 30/100 = 3/10, I= -(3*3/10*log₂3/10+1/10*log₂1/10)= бита

11. а) 16^х бит = 32 Мбайта

32 Мб = 32768 Кб = 33554432 байта = 268435456 бит

16^х = 16⁷ х = 7

б) 8^х бит = 16 Гбайта

16 Гб = 16384 Мб = 16777216 Кб

8^х = 8⁸ х = 8

12. а) 5 Кбайт = 5120 байт = 40960 бит

б) 1,5 Кб = 1536 байт = 12288 бит

в) 0,03 Кб = 27 байт = 213 бит

г)1,5 Гб = 1536 Мб = 1572864 Кб

д) 512 Кб = 524288 байт = 4194304 бит

13. 20 Мб * 1024 * 1024 = 20971520 байт
14. 1 Мб / 512 = 1024 Кб /512 = 2 Кб = 2048 байт * 8 = 16384 бит – информационный объём

16384 / 2048 = 8 бит – на 1 символ

N = 2^I = 2⁸ = 256 символов в алфавите

Ответ: 256 символов

15. 256 = 2⁸ – 1 символ = 8 бит, 8бит*100 символов = 800 бит в мин / 8 = 100 байт в мин

Ответ: 100 байт в минуту

16. 64 = 2⁶, 1 символ = 6 бит * 250 символов = 1500 бит в мин * 40 мин = 60 000 бит / 8 / 1024 = 7,3 Кб
17. События не равновероятны: 1/16 и 1/8, значит,

I= -(1/16*log₂ 1/16+1/8*log₂ 1/8)= 0,625 бит

18. Log₂7.
19. 29 байт = 232 бита

или в алфавите используется 32 символа, а значит, 32 = 2⁵, т.е. I=5 бит на 1 символ, следовательно 29символо * 5 бит = 145 бит.

20. 3*25*60 = 4500 символов.

1125 байт = 9000 бит / 4500 = 2 бита на 1 символ, следовательно, N=2²= 4 символа в алфавите.

21. 116 символов * 8 бит = 928 бит / 180 сек = 5,2 бит/с

или

Бит — минимальная единица измерения количества информации. Подсчитаем объем передаваемой информации. В тексте радиограммы содержится 118 символов, каждый символ несет 1 байт информации. Следовательно, должно быть передано 118 байт информации. 1 байт = 8 бит. 118 байт =118*8 бит == 944 бита. Время передачи должно быть меньше 180 с, что требует скорости передачи радиограммы не менее 5 бит/с (944/180 ” 5,2).

Ответ: Юстас должен передавать радиограмму со скоростью не меньше чем 5 бит/с.

Ключ к тесту по теме "Информация. Информационные процессы. Количество информации":

1 б 2 г 3 в 4 в 5 в 6 г 7 б 8 а 9 в 10 а 11 б 12 б 13 а 14 в

ЛИТЕРАТУРА

1. Гейн А.Г. Информатика: Учеб. для 10-11 кл. общеобразоват. учреждений/ А.Г. Гейн, А.И. Сенокосов, Н.А. Юнерман. – М.: Просвещение, 2003
2. Гейн А.Г. Информатика. 7-9 кл.: Учеб. для общеобразоват. учреждений/ А.Г. Гейн, А.И. Сенокосов, В.Ф. Шолохович. – М.: Дрофа, 2004
3. Кузнецов А.А., Апатова Н.В. Основы информатики. 8-9 кл.: Учеб. для общеобразоват. учебных заведений. – М.: Дрофа, 2000
4. Семакин И.Г., Шеина Т.Ю. Преподавание базового курса информатики в средней школе. Методическое пособие. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2000
5. Угринович Н.Д. Информатика и информационные технологии. Учебное пособие для 10-11 кл. – М.: Юнимедиастайл, 2002
6. Материалы, рефераты, доклады из Интернета.