Информация и информационные процессы

Информация в неживой природе В физике, которая изучает неживую природу, информация является мерой упорядоченности системы по шкале «хаос- порядок». Один из основных законов классической физики утверждает, что замкнутые системы, в которых отсутствует обмен веществом и энергией с окружающей средой, стремятся с течением вpeмени перейти из менее вероятного упорядоченного состояния в наиболее вероятное хаотическое состояние. В соответствии с такой точкой зрения физики в конце XIX века предсказывали, что нашу Вселенную ждет «тепловая смерть», т. е. молекулы и атомы равномерно распределятся в пространстве и какие либо изменения и развитие прекратятся.

Информация в неживой природе Однако современная наука установила, что некоторые законы классической физики, справедливые для макротел, нельзя применять для микро- и мегамира. Согласно совpeменным научным представлениям, наша Вселенная является динамически развивающейся системой, в которой постоянно происходят процессы усложнения структуры. Таким образом, с одной стороны, в неживой природе в замкнутых системах идут процессы в направлении от порядка к хаосу (в них информация уменьшается). С другой стороны, в процессе эволюции Вселенной в микро- и мегамире возникают объекты со все более сложной структурой и, следовательно, информация, являющаяся мерой упорядоченности элементов системы, возрастает.

Информация в живой природе Живые системы в процессе развития способны повышать сложность своей структуры, т. е. увеличивать информацию, понимаемую как меру упорядоченности элементов системы. Так, растения в процессе фотосинтеза потребляют энергию солнечного излучения и строят сложные органические молекулы из «простых» неорганических молекул. Животные подхватывают эстафету увеличения сложности живых систем, поедают растения и используют растительные органические молекулы в качестве строительного материала при создании еще более сложных молекул. Биологи образно говорят, что «живое питается информацией, создавая, накапливая и активно используя информацию.

Информация в живой природе Целесообразное поведение живых организмов и выживание популяций животных во мнoгoм строятся на основе получения информационных сигналов. Информационные сигналы могут иметь различную физическую или химическую природу: звук, свет, запах и другие. Генетическая информация представляет собой набор генов, каждый из которых «отвечает» за определенные ocoбенности строения и функционирования организма. При этом «дети» не являются точными копиями своих родителей, так как каждый организм обладает уникальным набором генов, которые определяют различия в строении и функциональных возможностях.

Человек и информация. Человек существует в «море» информации, он постоянно получает информацию из окружающего мира с помощью органов чувств, хранит ее в своей памяти, анализирует с помощью мышления и обменивается информацией с другими людьми. Человек не может жить вне общества. В процесс е общения с другими людьми он передает и получает информацию в форме сообщений. На заре человеческой истории для передачи информации сначала использовался язык жестов, а затем появилась устная речь. В настоящее время обмен сообщениями между людьми производится с помощью сотен естественных языков (русского, английского и пр.).

Человек и информация. Для тoгo чтобы человек мог правильно ориентироваться в окружающем мире, информация должна быть полной и точной. Задача получения полной и точной информации о природе, обществе и технике стоит перед наукой. Процесс систематического научного познания окружающего мира, в котором информация рассматривается как знания, начался с середины XV века после изобретения книгопечатания.

Информационные процессы в технике. Функционирование систем управления техническими устройствами связано с процессами приема, хранения, обработки и передачи информации. Системы управления встроены практически во всю современную бытовую технику, станки с числовым программным управлением, транспортные средства и т. д. Системы управления могут обеспечивать функционирование технической системы по заданной программе. Например, системы программного управления обеспечивают выбор режимов стирки в стиральной машине, записи в видеомагнитофоне, обработки детали на станке с программным управлением.

Информационные процессы в технике. В некоторых случаях главную роль в процессе управления выполняет человек, в других управление осуществляет встроенный в техническое устройство микропроцессор или подключенный компьютер. В современном информационном обществе главным peсурсом является информация, использование которой базируется на информационных и коммуникационных технологиях. Информационные и коммуникационные технологии являются совокупностью методов, устройств и производственных процессов, используемых обществом для сбора, xpaнения, обработки и распространения информации.

Количество информации Процесс познания окружающего мира приводит к накоплению информации в форме знаний (фактов, научных теорий и т. д.). Получение новой информации приводит к расширению знания или, как иногда говорят, к уменьшению неопределенности знаний. Если некоторое coобщение приводит к уменьшению неопределенности нашего знания, то можно говорить, что такое сообщение содержит информацию. Чем более неопределенна первоначальная ситуация (возможно большее количество информационных сообщений), тем больше мы получим новой информации при получении информационного сообщения (в большее количество раз уменьшится неопределенность знания).

Количество информации Количество информации можно рассматривать как меру уменьшения неопределенности знания при получении информационных сообщений. Рассмотренный выше подход к информации как мере уменьшения неопределенности знания позволяет количественно измерять информацию. Существует формула, которая связывает между собой количество возможных информационных сообщений N и количество информации I, которое несет полученное сообщение: N=2 I

Единица измерения количества информации Для количественного выражения любой величины необходимо сначала определить единицу измерения. За единицу количества информации принимается такое количество информации, которое coдepжится в информационном сообщении, уменьшающем неопределенность знания в два раза. Такая единица названа бит. Минимальной единицей измерения количества информации является бит, а следующей по величине единицей байт, причем 1 байт = 8 битов = 2 3 битов.

Количество информации В информатике система образования кратных единиц измерения количества информации использует коэффициент 2 n. Кратные байту единицы измерения количества информации вводятся следующим образом: 1 Кбайт = 2 10 байт = 1024 байт; 1 Мбайт = 2 10 Кбайт = 1024 Кбайт; 1 Гбайт = 2 10 Мбайт = 1024 Мбайт.

Алфавитный подход к определению количества информации. При алфавитном подходе к определению количества информации мы отвлекаемся от содержания информации и рассматриваем информационное сообщение как последовательность знаков определенной знаковой системы. Формула N=2 I связывает между собой количество возможных информационных сообщений N и количество информации I, которое несет полученное сообщение. Тогда в рассматриваемой ситуации N это количество знаков в алфавите знаковой системы, а I количество информации, которое несет каждый знак.

N=2 I С помощью этой формулы можно, например, определить количество информации, которое несет знак в двоичной знаковой системе: N = 2 => 2 = 2 I => 2 1 = 2 I => I = 1 бит. Таким образом, в двоичной знаковой системе знак несет 1 бит информации. Интересно, что сама единица измерения количества информации бит (bit) получила свое название от английского словосочетания BInary digiT, т. е. двоичная цифра. Чем большее количество знаков содержит алфавит знаковой системы, тем большее количество информации несет один знак.

Практическая часть Задача 1. Автоматическое устройство осуществило перекодировку информационного сообщения, первоначально записанного в 7-битном коде ASCII, в 16-битную кодировку Unicode. При этом информационное сообщение увеличилось на 108 бит. Какова длина сообщения в символах? Решение. Перекодировали с 7 битов на 16 бит => код каждого символа увеличился на 9 битов. Информационное сообщение увеличилось на 108 бит => количество символов в сообщении = 108 / 9 =

Практическая часть Задача 2. Автоматическое устройство осуществило перекодировку информационного сообщения, первоначально записанного в 7-битном коде ASCII, в 8-битную кодировку Windows. При этом информационное сообщение увеличилось на 72 бит. Какова длина сообщения в символах?

Практическая часть Задача 3. Автоматическое устройство осуществило перекодировку информационного сообщения на русском языке длиной в 20 символов, первоначально записанного в 16-битном коде Unicode, в 8-битную кодировку КОИ-8. При этом информационное сообщение уменьшилось на Решение. Перекодировали с 16 бит на 8 битов => код каждого символа уменьшился на 8 битов. Информационное сообщение длиной 20 символов => информационное сообщение уменьшилось на 20 * 8 = 160 бит. Данного ответа нет => следовательно переведем 160 бит в байты – 160 / 8 = 20 байт бит 20 бит 160 байт 20 байт

Практическая часть Задача 4. Автоматическое устройство осуществило перекодировку информационного сообщения длиной 48 символов, первоначально записанного в 7–битном коде ASCII, в 16–битную кодировку Unicode. При этом информационное сообщение увеличилось на байт 96 байт 54 байт 432 байт

Практическая часть Задача 5. Автоматическое устройство осуществило перекодировку информационного сообщения на русском языке, первоначально записанного в 16-битном коде Unicode, в 8-битную кодировку КОИ-8. При этом информационное сообщение уменьшилось на 800 бит. Какова длина сообщения в символах?

Практическая часть Задача 6. В некоторой стране автомобильный номер состоит из 7 символов. В качестве символов используют 18 различных букв и десятичные цифры в любом порядке. Каждый такой номер в компьютерной программе записывается минимально возможным и одинаковым целым количеством байтов, при этом используют посимвольное кодирование и все символы кодируются одинаковым и минимально возможным количеством битов. Определите объем памяти, отводимый этой программой для записи 60 номеров байт 300 байт 360 байт 420 байт

Практическая часть Решение задачи букв + 10 цифр = 28 символов используются в кодировке. Вспомним формулу N=2 I, где N - это количество знаков в алфавите знаковой системы (в нашем случае 28), а а I количество информации, которое несет каждый знак => 28 = 2 I. Все символы кодируются одинаковым и минимально возможным количеством битов => I = 5. Каждый символ кодируется 5 битами => каждый номер кодируется 7 * 5 = 35 бит. Но по условию задачи - каждый такой номер в компьютерной программе записывается минимально возможным и одинаковым целым количеством байтов => каждый номер кодируется 5 байтами. 60 номеров => 60 * 5 = 300 байт.

Практическая часть Задача 7. В велокроссе участвуют 119 спортсменов. Специальное устройство регистрирует прохождение каждым из участников промежуточного финиша, записывая его номер с использованием минимально возможного количества бит, одинакового для каждого спортсмена. Каков информационный объем сообщения, записанного устройством, после того как промежуточный финиш прошли 70 велосипедистов? бит 70 байт 490 бит 119 байт

Ответы