Основные понятия информатики

Одним из центральных понятий информатики является «информация». Этот термин происходит от латинского INFORMATIO - осведомление, сообщение о чем-либо, о каком-либо факте, событии, разъяснение чего-либо. Данное понятие появилось около 2 500 лет назад, а затем проникло из латинского в другие языки.

Несмотря на привычность этого термина, строгого и общепринятого определения не существует. Некоторое представление о разнообразии видов информации может дать следующее определение: «Информация - это общенаучное понятие, включающее обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, автоматом и автоматом, обмен сигналами в животном и растительном мире; передачу признаков от клетки к клетке, от организма к организму». Современное понятие информации законодательно установлено Федеральным законом от 27 июля 2006 г.
№ 149 «Об информации, информационных технологиях и о защите информации»: информация - сведения (сообщения, данные) независимо от формы их представления.

В рамках рассматриваемой нами науки «информация» является первичным и, следовательно, неопределимым понятием, подобно понятиям «точка» в математике, «тело» в механике, «поле» в физике. Несмотря на то, что этому понятию невозможно дать строгое определение, имеется возможность описать его через проявляемые свойства, и мы попытаемся это сделать.

Как известно, в материальном мире все физические объекты, окружающие нас, являются либо телами, либо полями. Физические объекты, взаимодействуя друг с другом, порождают сигналы различных типов.

В общем случае сигнал (франц. signal, нем. Signal, от лат. signum - знак) - физический процесс (явление), несущий сообщение (информацию) о каком-либо событии, состоянии объекта наблюдения либо передающий команды управления, оповещения и т.д. Сообщение - наименьший элемент языка, имеющий идею или смысл, пригодный для общения.

Другими словами любой сигнал - это изменяющийся во времени физический процесс.

По своей природе сигнал может быть:

· механическим (например, деформация, изменение давления);

· тепловым (изменение температуры);

· световым (вспышка света, зрительный образ);

· электрическим (изменение силы тока, напряжения);

· электромагнитным (радиоволны);

· звуковым (акустические колебания) и др.

Выделяют аналоговые, дискретные, квантованные и цифровые сигналы.

Большинство сигналов имеют аналоговую природу, то есть изменяются непрерывно во времени и могут принимать любые значения на некотором интервале.

Аналоговые сигналы (АС) описываются некоторой математической функцией времени (рис. 1.17).

Пример АС - гармонический сигнал - s(t) = A·cos(ω·t + φ).

Рис. 1.17. Аналоговый сигнал

Аналоговые сигналы используются в телефонии, радиовещании, телевидении. Ввести такой сигнал в компьютер и обработать его невозможно, так как на любом интервале времени он имеет бесконечное множество значений, а для точного (без погрешности) представления его значения требуются числа бесконечной разрядности. Поэтому необходимо преобразовать аналоговый сигнал так, чтобы можно было представить его последовательностью чисел заданной разрядности.

Дискретизация аналогового сигнала состоит в том, что сигнал представляется в виде последовательности значений, взятых в дискретные моменты времени (рис. 1.18). Эти значения называются отсчетами. Δt называется интервалом дискретизации.

Рис. 1.18. Дискретный сигнал

При квантовании вся область значений сигнала разбивается на уровни, количество которых должно быть представлено в числах заданной разрядности (рис. 1.19). Расстояния между этими уровнями называется шагом квантования Δ. Число этих уровней равно N (от 0 до N-1). Каждому уровню присваивается некоторое число. Отсчеты сигнала сравниваются с уровнями квантования и в качестве сигнала выбирается число, соответствующее некоторому уровню квантования. Каждый уровень квантования кодируется двоичным числом с n разрядами. Число уровней квантования N и число разрядов n двоичный чисел, кодирующих эти уровни, связаны соотношением n ≥ log₂(N).

Рис. 1.19. Квантованный сигнал

Для того, чтобы представить аналоговый сигнал последовательностью чисел конечной разрядности, его следует сначала превратить в дискретный сигнал, а затем подвергнуть квантованию. В результате сигнал будет представлен таким образом, что на каждом заданном промежутке времени известно приближенное (квантованное) значение сигнала, которое можно записать целым числом. Если записать эти целые числа в двоичной системе, получится последовательность нулей и единиц, которая и будет являться цифровым сигналом.

В свою очередь, сигналы могут порождать в физических телах изменения свойств. Это явление называется регистрацией сигналов. Сигналы, зарегистрированные на материальном носителе, называются данными. Иными словами данными называют факты, сведения, представленные в формализованном виде (закодированные), занесенные на те или иные носители и допускающие обработку с помощью специальных технических средств (в первую очередь ЭВМ).

Данные несут информацию о событии, но не являются самой информацией, так как одни и те же данные могут восприниматься (отображаться или еще говорят интерпретироваться) в сознании разных людей совершенно по-разному. Например, текст, написанный на русском языке (т.е. данные), даст различную информацию человеку, знающему алфавит и язык, и человеку, не знающему их.

Чтобы получить информацию, имея данные, необходимо к ним применить методы, которые преобразуют данные в понятия, воспринимаемые человеческим сознанием. Методы, в свою очередь, тоже различны. Например, человек, знающий русский язык, применяет адекватный метод, читая русский текст. Соответственно, человек, не знающий русского языка и алфавита, применяет неадекватный метод, пытаясь понять русский текст. Таком образом, можно считать, что информация - это продукт взаимодействия данных и адекватных методов.

Из вышесказанного следует, что информация не является статическим объектом, она появляется и существует в момент слияния методов и данных, все прочее время она находится в форме данных.

Информация не является ни материей, ни энергией. В отличие от них, она может возникать и исчезать.