ИНФОРМАЦИЯ 1. Введение Введение 2. Измерение количества информации Измерение количества информации 3. Задачи Задачи 4. Информация и управление Информация и управление 5. Информационное общество Информационное общество 6. Правовая охрана программ и данных Правовая охрана программ и данных 7. Защита информации Защита информации

ИНФОРМАЦИЯ Тема 1. Введение

3 Информатика изучает … информацию и ее свойства процессы хранения… обработки… и передачи информации с помощью компьютеров. informatique = information + automatique информатика информация автоматика Французский язык: Английский язык: computer science компьютер + наука = наука о компьютерах

4 Информация – это … любые сведения об окружающем мире, которые человек получает с помощью органов чувств: informatiо – разъяснение, сведения Латинский язык: глаза (зрение, 90 процентов информации) уши (слух) язык (вкус) нос (обоняние) кожа (осязание)

5 Информация – это … Информация – одно из базовых понятий в науке (как материя, энергия), поэтому нет более четкого определения: невозможно выразить через более простые понятия объясняется только на примерах или в сравнении с другими понятиями Н. Винер, «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине» «Информация есть информация, а не материя и не энергия».

6 Виды информации Символ (знак, жест) Текст (состоит из символов, важен их порядок) Числовая информация Графическая информация (рисунки, картины, чертежи, фото, схемы, карты) Звук Тактильная информация (осязание) Вкус Запах КОТ ТОК

7 Информация в неживой природе Информация порядок, организованность, неоднородность порядок (больше информации) хаос (меньше информации) Замкнутые системы (нет обмена информацией и энергией с внешней средой): Открытые системы (возможно увеличение информации): H H O O H H атомы водорода и кислорода звездная пыль молекула воды галактика

8 Информация в живой природе Живые организмы – открытые системы. Одноклеточные используют информацию о температуре и химическом составе. Усложнение увеличение информации. Животные воспринимают информацию органами чувств. фотосинтез глюкоза C 6 H 12 O 6 кислород O 2 вода H 2 O углекислый газ CO 2 свет органическое вещество!

9 Информация в живой природе Информационные сигналы в жизни животных: звук, свет, запах, поза.

10 Информация в биологии Сигналы несут информацию от органов чувств к мозгу: Наследственная информация (молекула ДНК):

11 Информация в технике системы стабилизации: системы программного управления нагреватель датчик t° t° паровая банятокарный станок контроллер

12 Информация в технике компьютеры – специальные устройства для хранения, передачи и обработки информации автоматизированные системы продажи билетов (АСУ «Экспресс») Интернет – глобальная информационная система роботы (имеют датчики, заменяющие органы чувств – зрение, слух, осязание) Asimo (Honda) Луноход

13 Свойства информации Информация должна быть объективной (не зависящей от чьего-либо мнения) «На улице тепло», «На улице 28°С». понятной (английский язык?) полезной (получатель решает свои задачи) достоверной (правильной) дезинформация, помехи, слухи, байки актуальной – должна быть важна в данный момент ( погода, землетрясение) устаревшая, ненужная полной (достаточной для принятия правильного решения) «Концерт будет вечером», история

14 Информационные процессы Получение (через органы чувств) Хранение мозг, бумага, камень, береста, … память ПК, дискеты, винчестеры, CD, DVD Обработка создание новой информации кодирование – изменение формы, запись в некоторой знаковой системе (в виде кода) поиск сортировка – расстановка элементов списка в заданном порядке Передача источник информации приемник информации канал связи помехи

15 Кодирование информации Кодирование – это запись информации с помощью некоторой знаковой системы (языка). Зачем кодируют информацию? ? кодирование данные (код) обработка данные (код) хранение борьба с помехами (специальные способы кодирования) передача И нформаци я передается, обрабатывается и хранится в виде кодов.

16 Языки Язык – знаковая система, используемая для хранения и передачи информации. естественные (русский, английский, …) есть правила и исключения формальные (строгие правила) Грамматика – правила по которым из символов алфавита строятся слова. Синтаксис – правила, по которым из слов строятся предложения. program qq; begin writeln("Привет!"); end. program qq; begin writeln("Привет!"); end.

17 Кодирование Задача 1. Закодируйте свое имя с помощью азбуки Морзе. ВАСЯ Код неравномерный, нужен разделитель! !

18 Кодирование Задача 2. Закодируйте свое имя с помощью кодовой таблицы (Windows-1251): ABCDEF CАБВГДЕЖЗИЙКЛМНОП DРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯ ВАСЯ С2 С0 D1 DF ВАСЯ Код равномерный, разделитель НЕ нужен! !

19 Кодирование: цели и способы Текст: в России: Привет, Вася! Windows-1251: CFF0E8E2E52C20C2E0F1FF21 передача за рубеж (транслит): Privet, Vasya! стенография: шифрование: Рсйгжу-!Гбта Информация (смысл сообщения) может быть закодирована разными способами! ! Числа: для вычислений: 25 прописью: двадцать пять римская система: XXV Как зашифровано? ?

ИНФОРМАЦИЯ Тема 2. Измерение количества информации

21 Единицы измерения 1 бит (binary digit, двоичная цифра) – это количество информации, которое мы получаем при выборе одного из двух возможных вариантов (вопрос: «Да» или «Нет»?) Примеры: Эта стена – зеленая? Да. Дверь открыта? Нет. Сегодня выходной? Нет. Это новый автомобиль? Новый. Ты будешь чай или кофе? Кофе.

22 Если вариантов больше… «Да» или «Нет»? 2 варианта – 1 бит 4 варианта – 2 бита 8 вариантов – 3 бита Изменится ли количество информации, если сразу указать на нужный самолет? ?

23 Если вариантов больше… Количество вариантов Количество бит информации вариантов – между 4 (2 бита) и 8 (3 бита) Ответ: количество информации между 2 и 3 битами

24 Единицы измерения 1 байт (byte) = 8 бит 1 Кб (килобайт) = 1024 байта 1 Мб (мегабайт) = 1024 Кб 1 Гб (гигабайт) = 1024 Мб 1 Тб (терабайт) = 1024 Гб 1 Пб (петабайт) = 1024 Тб 2 10

25 Единицы измерения (11 класс) 1 байт (byte) – это объем компьютерной памяти, который имеет индивидуальный адрес. Примеры из истории: 1 байт = 4 бита 1 байт = 6 бит 1 байт = 12 бит Сейчас обычно: 1 байт = 8 бит

26 Формула Хартли (1928) I – количество информации в битах N – количество вариантов Пример: В аэропорту стоит 6 самолетов, из них один летит в Москву. Сколько информации в сообщении «В Москву летит второй самолет»? бит

27 Алфавит – набор знаков, используемых при кодировании информации с помощью некоторого языка. Примеры: АБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРС Т УФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯ 32 ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ 26 × O Мощность алфавита – количество символов. Алфавитный подход Все символы несут одинаковую информацию: ! мощность алфавита информационная емкость символа

Алфавитный подход Задача. Определить объем информации в сообщении ПРИВЕТВАСЯ для кодирования которого используется русский алфавит (только заглавные буквы). Ответ: 10·5 бит = 50 бит считаем все символы (здесь 10 символов) мощность алфавита – 32 символа (32=2 5 ) 1 символ несет 5 бит информации Решение:

29 Вероятность события – число от 0 до 1, показывающее, как часто случается это событие в большой серии одинаковых опытов. p = 0 событие никогда не происходит (нет неопределенности) p = 0,5 событие происходит в половине случаев (есть неопределенность) p = 1 событие происходит всегда (нет неопределенности) Полная система событий: одно из N событий обязательно произойдет (и только одно!). Вероятностный подход p i – вероятность выбора i -ого варианта ( i = 1,…, N )

30 Вероятностный подход Вычисление вероятности Задача. В пруду живут 100 рыб, из них 20 карасей, 30 пескарей, а остальные – окуни. Какова вероятность поймать карася (пескаря, окуня), если все рыбы одинаково голодны? Формула: число «нужных» событий общее число событий Решение: караси пескари окуни Как иначе посчитать p 3 ? ?

31 Вероятностный подход Как посчитать информацию, если варианты не равновероятны? – вероятность выбора i -ого варианта ( i = 1,…, N ) Идея: если случается менее вероятное событие, мы получаем больше информации. Если произошло событие i, мы получаем информацию Клод Шеннон ( ) американский математик и электротехник, один из создателей математической теории информации и криптографии.

32 Вероятностный подход Задача 1. В пруду живут 100 рыб, из них 20 карасей, 30 пескарей, а остальные – окуни. Сколько информации несет сообщение о том, что рыбак поймал карася (пескаря, окуня), если все рыбы одинаково голодны? Формула: Решение: карась пескарь окунь бита бит

33 Вероятностный подход Задача 2. Посчитать, чему равна информация в сообщении «Сейчас идет снег» зимой и летом. Решение: Событие 1 – идет снег, событие 2 – снег не идет. летом зимой летом бита зимой бит Что еще нужно для решения? ?

34 Два подхода: сравнение Задача 3. Отличник Вася Пупкин получил такие оценки по истории за I четверть: Сколько информации получили в этом сообщении родители? Алфавитный подход: возможны 4 разные оценки: 2, 3, 4 и 5 каждая оценка несет 2 бита информации (все одинаково!) Ответ: 5·2 бит = 10 бит Содержание информации не учитывается! !

35 Два подхода: сравнение Вероятностный подход: задаем вероятности получения всех оценок информация при получении 5, 4 и 3: Могло быть > 10 бит? ? бит < 10 бит Ответ: информации в сообщении Что еще нужно для решения? ?

36 Информация и знание знание незнание получение информации знание незнание Неопределенность – недостаток знаний (незнание). при получении информации знания увеличиваются, неопределенность уменьшается чем больше получено информации, тем больше уменьшается неопределенность информация – мера уменьшения неопределенности Как измерить неопределенность? ?

37 Формула Шеннона (1948) Неопределенность (энтропия системы) Система двух событий: 01 0,5 1 I Средняя информация (неопределенность) максимальна, когда все события равновероятны. p1p1 p 2 = 1 – p 1 Когда неопределенность наибольшая? ? Информация = снятая неопределенность!

38 Семантическая теория Ю.А. Шрейдер: Тезаурус – знания приемника информации о внешнем мире, его способность воспринимать те или иные сообщения. I тезаурус наилучшее восприятие сведения не новы ничего непонятно…

ИНФОРМАЦИЯ Тема 3. Задачи

40 Перевод в другие единицы 25 Кб = =25·1024 байт =25·1024·8 бит =25:1024 Мб =25:1024:1024=25: Гб =25:1024:1024:1024= 25: Тб крупные единицы мелкие единицы деление умножение

41 Перевод в другие единицы Сравните (поставьте знак или =): 3 байта 24 бита 1000 байт 1 Кб 220 байт 0,25 Кб 1 Мб 1500 Кб 8192 бита 1 Кб = < < < =

42 Задачи: текст Сколько места в памяти надо выделить для хранение предложения Привет, Вася! Ответ: 13 байт или 104 бита (в UNICODE: 26 байт или 208 бит) считаем все символы, включая знаки препинания и пробелы (здесь 13 символов) если нет дополнительной информации, то считаем, что 1 символ занимает 1 байт в кодировке UNICODE 1 символ занимает 2 байта

43 Задачи: текст Сколько места надо выделить для хранения 10 страниц книги, если на каждой странице помещаются 32 строки по 64 символа в каждой? на 1 странице 32·64=2048 символов на 10 страницах 10·2048=20480 символов каждый символ занимает 1 байт Решение: Ответ: байт или … 20480·8 бит или … 20480:1024 Кб = 20 Кб

44 Задачи: рисунок Сколько места в памяти надо выделить для хранения 16-цветного рисунка размером 32 на 64 пикселя? общее число пикселей: 32·64=2048 при использовании 16 цветов на 1 пиксель отводится 4 бита (выбор 1 из 16 вариантов) Решение: Ответ: 2048·4 бита = 8192 бита или … 2048·4:8 байта = 1024 байта или … 1024:1024 Кб = 1 Кб

45 Задачи: рисунок Для хранения растрового рисунка размером 32 на 64 пикселя выделили 2 Кб памяти. Каково максимально возможное количество цветов в палитре? общее число пикселей: 32·64=2 5 · 2 6 =2 11 память 2 Кб =2 · 2 10 байта = 2 11 байта= 2 14 бита на 1 пиксель приходится 2 14 :2 11 = 2 3 = 8 бит 8 бит выбор 1 из 256 вариантов Решение: Ответ: не более 256 цветов

46 Задачи: кодирование Сколько бит нужно выделить для хранения текста МУНСА УРЕ КАМУКА при использовании алфавита племени МУМУКА: буквы МУКАЕНРС и пробел? в алфавите 9 символов (8 букв и пробел) 2 3 < 9 < 2 4, поэтому на 1 символ нужно выделить 4 бита в тексте 16 символов (считая пробелы) Решение: Ответ: 4·16 бит = 64 бита = 8 байт Если в алфавите 25 символов? ?

47 Задачи: кодирование Объем сообщения, содержащего 1024 символов, составил 1/512 часть мегабайта. Какова мощность алфавита, с помощью которого записано сообщение? объем сообщения в битах: 1024·1024·8 бит / 512 = 2 10 ·2 10 ·2 3 / 2 9 = 2 14 бит (= бит) на 1 символ приходится 2 14 / 1024 = 2 14 / 2 10 = 2 4 = 16 бит мощность алфавита 2 16 = символов Решение: Ответ: символов (кодировка UNICODE)

48 Задачи: обмен информацией Скорость передачи данных через ADSL- соединение равна бит/c. Передача файла через это соединение заняла 2 минуты. Определите размер файла в килобайтах. время передачи: 2·60 сек=120 сек передано информации 256 ·1000·120 бит = 2 8 · 2 3 ·125 · 2 2 ·30 бит= Решение: Ответ: объем файла 3750 Кб 2 13 ·125·30 Кб 2 13