УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

Модуль 1. Основы информационных технологий.

Тема 1. Информация и информационные процессы.

Предмет, структура и задачи информатики. История развития информатики.Общественный информационный обмен. Сигналы и данные. Основные структуры данных. Операции с данными. Понятие информации. Взаимосвязь данных и информации. Свойства информации. Системы счисления. Единицы, измерения и хранения информации. Кодирование и запись информации. Цифровое кодирование чисел и текстов. Цифровое кодирование звукозаписей.

Тема 2.Вычислительная техника. Состав вычислительной системы.

Основные этапы развития вычислительной техники. Архитектуры ЭВМ. Принципы работы вычислительной системы Состав и назначение основных элементов персонального компьютера. Центральный процессор. Запоминающие устройства, их классификация, принцип работы, основные характеристики. Шинная архитектура. Устройства ввода/вывода данных, их разновидности и основные характеристики.

Понятие программного обеспечения. Классификация программного обеспечения. Понятие и назначение операционной системы. Разновидности операционных систем. Организация файловой системы. Прикладное программное обеспечение и его классификация.

Тема 3. Операционная система Windows.

Версии операционной системы Windows. Основные характеристики. Объекты и приемы управления Windows. Типы окон. Файлы и папки. Операции с файловой структурой. Настройка операционной системы Windows.

Стандартные прикладные программы Windows: Блокнот, Калькулятор, текстовой редактор Wordpad, графический редактор Paint. Служебные приложения Windows: Таблица символов, Сведения о системе, Восстановление системы, Дефрагментация диска. Стандартные средства мультимедиа. Технологии обмена данными между приложениями, использование буфера обмена.

Назначение программы Проводник. Окно программы Проводник. Установка параметров программы Проводник. Работа с файлами и папками в окне программы Проводник. Поиск файлов и папок.

Тема 4Компьютерная графика.

Основы представления графических данных. Растровая графика: основные параметры. Основы векторной графики. Основные понятия трехмерной графики. Форматы графических данных. Способы описания цвета и цветовые модели. Обзор программных средств для работы с графикой.

Тема 5.Сжатие данных.Архивация данных.

Сжатие данных, основные понятия и принципы. Обратимость сжатия. Программные средства сжатия данных WinRAR, WinZIP. Виды архивов. Создание архивов файлов и папок.

Тема 1. Информация и информационные процессы.

Позиция 1 Двоичная система счисления

Вопросы для самостоятельного изложения

В чем преимущество двоичной системы счисления, в чем заключается ее недостаток?

Преимущества двоичной системы:

· для ее реализации нужны технические устройства с двумя устойчивыми состояниями (есть ток — нет тока, намагничен — не намагничен и т.п.), а не, например, с десятью, — как в десятичной;

· представление информации посредством только двух состояний надежно и помехоустойчиво;

· возможно применение аппарата булевой алгебры для выполнения логических преобразований информации;

· двоичная арифметика намного проще десятичной.

Недостаток:

- значительный рост числа разрядов при увеличении числа

Сравните между собой числа, записанные в двоичной системе счисления:

1.10101 и 101010; 101010>10101, 101010-10101=10101

2.1101 и 1001; 1101>1001, 1101-1001=100

3.111001 и 110111. 111001>110111, 111001-110111=1100

Для каждой пары чисел определите, на сколько одно число больше другого.

Запишите числа: 32, 64, 128, 256, 20, 40, 50, 100 в двоичной, восьмеричной и шестнадцатеричной системах счисления

.

Как в записи двоичного числа отличить четное число от нечетного?

У четного числа последняя цифра 0, у нечетного – 1.

Каким требованиям должна отвечать запись двоичного числа, чтобы по этой записи можно было определить, что данное число делиться на 4 без остатка?

Две последние цифры – 0.

Как переходить от записи числа в шестнадцатеричной системе счисления к записи в двоичной и обратно?

1. Перевод шестнадцатеричных чисел в двоичную систему:

каждую цифру заменить эквивалентной ей двоичной тетрадой (четверкой цифр).

2. Чтобы перевести число из двоичной системы в шестнадцатеричную, его нужно разбить влево и вправо от запятой на тетрады и каждую такую группу заменить соответствующей шестнадцатеричной цифрой.

Переведите из шестнадцатеричной системы счисления в десятичную и двоичную числа: 25,4F, 1A7, ABC, D1AE, FFFF.

25₁₆=10 0101₂=37₁₀

4F= 100 1111₂= 79₁₀

1A7= 1 1010 0111₂,= 423₁₀

ABC=1010 1011 1100₂= 2748₁₀

D1AE= 1101 0001 1010 1110₂ = 53678₁₀

FFFF= 1111 1111 1111 1111₂ = 65535₁₀

Переведите из двоичной системы счисления в десятичную числа: 1010,1; 11,01; 1011,11; 10111,101.

1010.1₂= 10.5₁₀

11,01₂=3.25₁₀

1011,11₂=11.75₁₀

10111,101₂=23.625₁₀

Позиция 2 Предмет и задачи информатики

Вопросы для самостоятельного изложения

Что означает термин "информатика" и каково его происхождение?

Термин "информатика" (франц. informatique) происходит от французских слов information (информация) и automatique (автоматика) и дословно означает "информационная автоматика".

Широко распространён также англоязычный вариант этого термина — "Сomputer science", что означает буквально "компьютерная наука".

Инфоpматика — это основанная на использовании компьютерной техники дисциплина, изучающая структуру и общие свойства информации, а также закономерности и методы её создания, хранения, поиска, преобразования, передачи и применения в различных сферах человеческой деятельности.

Приведите 2 – 3 определения информатики как науки. Укажите литературный источник каждого из определений.Информа́тика (ср. нем. Informatik, англ. Information science, фр. Informatique, англ. computer science — компьютерная наука — в США, англ. computing science — вычислительная наука — в Великобритании) — наука о способах получения, накопления, хранения, преобразования, передачи, защиты и использования информации. Она включает дисциплины, относящиеся к обработке информации в вычислительных машинах и вычислительных сетях: как абстрактные, вроде анализа алгоритмов, так и довольно конкретные, например, разработка языков программирования.( http://ru.wikipedia.org/wiki/)

Информатика – это область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и их взаимодействием со средой применения. (http://www.rusedu.info/Informatika.html)

Информатика, дисциплина, изучающая структуру и общие свойства научной информации, а также закономерности её создания, преобразования, передачи и использования в различных сферах человеческой деятельности. (http://slovari.yandex.ru/информатика/БСЭ/Информатика/)

Что является предметом изучения информатики?

Предметом информатики является информационный обмен между людьми, возникающий в связи с их совместной деятельностью.

Почему общество не может существовать без общественного информационного обмена?

Информационный обмен является основой взаимодействия общества. Многие общественные процессы имеют информационный характер. Информация является причиной их возникновения и определяет порядок их развития и функционирования.

Перечислите, какие объекты изучает информатика?

Объектами рассмотрения информатики являются:

- Аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;

- Программное обеспечение средств вычислительной техники;

- Средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;

- Средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами

Укажите основные этапы становления и развития информатики.

Информатика возникла из кибернетики, впитав из последней понятие информации, идеи автоматизированного управления и коммуникации.

Становление информатики (в недрах кибернетики) началось с появления теории информации как важной составной части теоретической информатики.

Теория информации в своём изначальном виде включала такие разделы как измерение информации, теорию кодирования, теорию сигнала, иными словами, теоретические основы связи (в соответствии с научными интересами автора – К.Э.Шеннона – специалиста в области связи и шифрования). С появлением компьютеров теоретическая информатика, наряду с теорией информации, включила в свой состав "компьютерно ориентированные" разделы: дискретную и вычислительную математику, вычислительную геометрию, математическую логику (включая многозначную и нечеткую логику), теорию алгоритмов и задач, теорию игр, теорию принятия решений, теорию автоматов и др.

Параллельно с теоретической информатикой развивались и остальные ветви информатики. Четких этапов их развития выделить невозможно – развитие шло непрерывно. Бурно развивались вычислительная техника и программирование, прикладная информатика. Только теория искусственного интеллекта до середины 70-х гг. XX в. не ушла дальше идей, высказанных в 40-50 гг. Н. Винером, У. Маккаллоком (США) и А. Тьюрингом (Великобритания). Но с середины 70-х гг. благодаря усилиям М. Мински (США) и др. теория искусственного интеллекта стала быстро развиваться и приобретать практические формы (фрейм, семантическая сеть, нейронная сеть).

В 1978 году международный научный конгресс официально закрепил за понятием "информатика" области, связанные с разработкой, созданием, использованием и материально-техническим обслуживанием систем обработки информации, включая компьютеры и их программное обеспечение, а также организационные, коммерческие, административные и социально-политические аспекты компьютеризации — массового внедрения компьютерной техники во все области жизни людей.

Приведите несколько фамилий ученых, внесших наибольший вклад в становление и развитие информатики.

Чарльз Бэббидж (идея универсального счетчика – компьютера, 20-х г.г. 19 в.)

Ада Аугуста Лавлейс (Считается, что именно она написала первую в мире компьютерную программу для вычисления чисел Бернулли).

Дж. Моучли, П. Эккерт (1943 г. США, первый компьютер на электронных элементах –электронных вакуумных лампах )

Дж. фон Нейман (Его группа в 1945 г. опубликовала доклад, в котором были изложены передовые на то время принципы построения и работы компьютера.)

Н. Винер, У. Маккаллок (США), А. Тьюринг (Великобритания) (теория искусственного интеллекта)

М. Мински (США) (развитие теории искусственного интеллекта)

С.А. Лебедев (Работа над первой отечественной ЭВМ МЭСМ (малая электронная счетная машина)).

Приведите примеры применения информатики в различных отраслях науки, экономики и общественной жизни.

1. Применение ЭВМ в научных исследованиях

Автоматизация научных исследований, позволяющая осуществлять моделирование исследуемых объектов, явлений и процессов, изучение которых традиционными способами затруднено или невозможно. Решению этой задачи призваны служить автоматизированные системы научных исследований (АСНИ).

ЭВМ в АСНИ могут использоваться для решения следующих основных задач:

1) управление экспериментом;

2) подготовка отчетов и документации;

3) поддержание базы экспериментальных данных;

4) построение информационных и экспертных систем.

2. Применение ЭВМ в медицине

Практическая медицина становится все более и более автоматизированной.

1) Вычислительная техника применяется при проведении сложных современных исследований в медицине. К таким исследованиям можно отнести компьютерную томографию, томографию с использованием явления ядерно-магнитного резонанса, ультрасонографию, исследования с применением изотопов.

2) Использование в медицине компьютеров, объединенных в компьютерные сети. Такие компьютерные сети позволяют производить обмен данными между удаленными друг от друга компьютерами. Компьютерная сеть MEDNET позволяет упростить сбор статистических медицинских данных по регионам, делать соответствующую обработку, агрегирование данных и составление отчетности. Кроме того, эта сеть может передавать все данные в любые медицинские учреждения, имеющие компьютеры.

3) Компьютерные гипертекстовые системы позволяют таким образом организовать информацию, что она становится легко доступной для людей, не являющихся специалистами в компьютерном деле. Такие гипертекстовые системы могут включать в себя как текстовую информацию, так и звуковую и графическую, в том числе движущиеся видеоизображения. Это делает возможным создание информационных систем, осуществляющих информационную поддержку медиков в тех случаях, когда их квалификации или опыта недостаточно для принятия решений о комплексе лечебных мероприятий. Эти же системы, оснащенные подсистемой вопросов и оценки ответов, могут использоваться для целей обучения.

4) В медицине широко применяются экспертные системы, основное назначение которых – медицинская диагностика. Диагностические системы используются для установления связи между нарушениями деятельности организма и их возможными причинами. Наиболее известна экспертная диагностическая система MYCIN, которая предназначена для диагностики и наблюдения. Ее первая версия была разработана в Станфордском университете в середине 70-х годов. В настоящее время эта система ставит диагноз на уровне врача-специалиста. Она имеет расширенную базу знаний, благодаря чему может применяться и в других областях медицины.

3. Применение ЭВМ в образовании

Применение вычислительной техники в процессе обучения позволяет уменьшить нагрузку на преподавателя и увеличить качество преподавания в масштабах всей страны. Применение ЭВМ в обучении является продолжением и развитием многолетнего процесса внедрения технических средств в учебный процесс. Существуют следующие формы применения компьютеров в обучении:

1) в качестве лабораторных установок, в том числе для моделирования процессов;

2) для решения задач и упражнений, курсового и дипломного проектирования;

(для планирования и организации учебного процесса, разработки учебных планов и программ (АСУ учебным заведением);

3) как средство автоматизации исследований в области обучения (педагогические и психолого-педагогические исследования, математические модели учебного процесса);

4) в качестве управляющего элемента процесса обучения (контроль знаний, предъявление учебного материала, управление ходом обучения);

5) для сбора и анализа статистических данных об учебном процессе.

Кроме того, помимо формирования умственных навыков ЭВМ применяется для формирования различного рода двигательных навыков в составе тренажеров при обучении некоторым профессиям (летчиков, машинистов, водителей).

4. Применение ЭВМ в других областях

Мощными системными применениями вычислительной техники являются автоматизированные системы управления экономико-организационного типа (АСУ, АСУП и т.п.), системы автоматизации проектирования и конструирования (САПР), информационно-поисковые системы и системы управления сложными технологическими процессами (АСУ ТП).

Перечислите основные черты информационного общества.

Характерными чертами информационного общества являются:

- решена проблема информационного кризиса, когда устранено противоречие между информационной лавиной и информационным голодом;

- обеспечен приоритет информации перед другими ресурсами;

- главная форма развития общества - информационная экономика;

- в основу общества закладывается автоматизированная генерация, хранение, обработка и использование знаний с помощью новейшей информационной техники и технологии;

- информационные технологии приобретают глобальный характер, охватывая все сферы социальной деятельности человека;

- формируется информационное единство всей человеческой цивилизации;

- с помощью средств информатики реализован свободный доступ каждого человека к информационным ресурсам всей цивилизации;

- реализованы гуманистические принципы управления обществом и воздействия на окружающую среду.

Позиция 3 Сигналы и данные

	ДАННЫЕ – диалектическая составная часть информации. Данные представляют собой зарегистрированные сигналы.

Вопросы для самостоятельного изложения

В чем состоит отличие сообщения от сигнала?

Сообщение — это форма представления информации в виде речи, текстов, изображений, цифровых данных, графиков, и т.п.

Сигналы – форма сообщения для передачи по каналу связи . Сообщение кодируется сигналами. В канале связи распространяются сигналы, несущие в себе сообщение.

Может ли происходить информационный обмен без затрат энергии? Приведите основные положения энергетической модели информационного обмена.

В чем основное отличие дискретного сигнала от непрерывного? Приведите по 2 – 3 примера дискретных и непрерывных сигналов

.

Непрерывные сигналы могут изменяться в произвольные моменты, принимая любые значения из непрерывного множества возможных значений .

Дискретные сигналы в дискретные (определенные) моменты времени могут принимать только разрешенные (дискретные) значения.

Непрерывные сигналы:

- Солнечный свет – это сигналы, образовавшиеся в результате термоядерных реакций, происходящих в веществе Солнца.

- Радиосигналы – результат электромагнитных процессов, происходящих в материале излучающей антенны передатчика.

- Сигналы, регистрируемые сейсмографом, – результаты сложнейших геофизических процессов, происходящих в веществе земной коры и в более глубоких областях планеты.

Дискретные сигналы:

- Сигнал телеграфа (при передаче телеграфного сообщения);

- три зеленые ракеты (на военных учениях);

Приведите 3 примера регистрации сигналов.

- Регистрация светового сигнала с помощью фотоэффекта;

- Регистрация изменений магнитного поля на ферромагнитном покрытии;

- Регистрация сигнала при механическом взаимодействии двух тел как их деформация.

Приведите 4 примера материальных носителей данных.

Магнитная пленка, бумага, камень, дерево.

Позиция 4 Структуры данных и операции с данными

Вопросы для самостоятельного изложения

Поясните, чем структурированные данные предпочтительнее неструктурированных данных?

Работа с большими наборами данных автоматизируется проще, когда данные упорядочены,то есть образуют заданную структуру.

Чем (кем) определяется структура тех или иных данных?

Структура данных определяется составом данных, и тем, какую обработку они будут проходить.

Поясните, чем упорядоченные данные предпочтительнее неупорядоченных данных?

В упорядоченных данных проще производить поиск, выбирать нужные данные (например, наибольше или наименьшее значение). Недостатки при неупорядоченном хранении данных:

· файл подобного типа не обладает никаким упорядочиванием, для доступа к его записям применяется линейный поиск;

· при удалении записи необходимо извлечь страницу, удалить запись и затем сохранить страницу. Пространство удаленных записей повторно не используется, следовательно, во избежание потери производительности работы необходима периодическая реорганизация.

Неупорядоченные файлы используются при массовой загрузке данных в таблицу.

Упорядоченные файлы исключают недостатки использования неупорядоченных файлов. Записи в упорядоченных файлах можно отсортировать по значениям одного или нескольких полей, т.е. образовать набор данных, упорядоченный по некоторому ключу. Поле или набор полей, по которому сортируется файл, называется полем упорядочения. Если поле упорядочения является также ключом доступа к файлу, т.е. гарантирует наличие в каждой записи уникального значения этого поля, то оно называется ключом упорядочения для данного файла.

Приведите по 2 – 3 примера различных структур данных.- Список студентов группы;

- Классификация растений по видам;

- Таблица кодировки КОИ-8.

Заполните блоки в диаграмме данной позиции по образцу «Сбор данных».

Всегда ли данные несут в себе определенный смысл. Обоснуйте и подтвердите примерами.

Не всегда. Например, данные о продажах определенного товара за период были собраны в таблицу. В результате ошибки название товара. Остается только таблица с числами, которые не имеют никакого практического значения для отдела продаж.

Приведите 2 - 3 примера сортировки данных.

- Сортировка списка студентов по фамилии (по алфавиту);

- Сортировка товаров в каталоге по цене (по возрастанию или убыванию);

- Сортировка автомобилей в справочнике по увеличению мощности двигателя.

Приведите 2 - 3 примера фильтрации данных.

- Выбрать из каталога товары одного производителя;

- Выбрать из списка студентов должников по информатике;

- Выбрать из списка сотрудников тех, кто родился зимой.

Приведите 2 - 3 примера транспортировки данных.

- Передача телевизионного сигнала;

- Почта (передача писем между адресатами);

- Передача данных по компьютерной сети между компьютерами.

Приведите 2 - 3 примера формализации данных.

- Данные по рождаемости для статистической обработки;

- Средняя температура по больнице.

Приведите 2 - 3 примера преобразования данных.

- Перевод книги из бумажной формы в электронную;

- Перевод аналогового сигнала в цифровой (при аудио или видео записи).

Позиция 5 Понятие информации и формы ее представления

		ИНФОРМАЦИЯ
	в обиходе информацией называют любые сведения, которые кого-либо интересуют. "Информировать" в этом смысле означает "сообщить нечто, неизвестное раньше"
	в технике под информацией понимают сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов
	в кибернетике под информацией понимают ту часть знаний, которая используется для ориентирования, активного действия, управления, т.е. в целях сохранения, совершенствования, развития системы. (Н. Винер – основоположник кибернетики).
	в информатике информация рассматривается как сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.
	Информация заключена в данных. Для извлечения ее из данных нужно обладать соответствующими методами, которые должны быть адекватны имеющимся данным. Информация является динамическим объектом, образующимся в момент взаимодействия объективных данных и субъективных методов

Вопросы для самостоятельного изложения

Приведите пример того, как разные люди могут получать разную информацию из одних и тех же данных. Объясните причину этого.

При прочтении статьи о жизни животных один человек обратит внимание и запомнит названия природных объектов, фотографии которых приведены в тексте. Другого больше заинтересует, и соответственно лучше запомниться, информация о самих животных, и об их повадках. Это связано с психологическими особенностями восприятия информации разными людьми.

В чем различие между информацией и данными?

Данные могут рассматриваться как признаки или записанные наблюдения, которые по каким-то причинам не используются, а только хранятся. В том случае, если появляется возможность использовать эти данные для уменьшения неопределенности о чем-либо, данные превращаются в информацию. Поэтому можно утверждать, что информацией являются используемые данные.

Информация -это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов.

Информация заключена в данных. Для извлечения ее из данных нужно обладать соответствующими методами, которые должны быть адекватны имеющимся данным. Информация является динамическим объектом, образующимся в момент взаимодействия объективных данных и субъективных методов.

Приведите пример того, как вы не могли, имея данные, извлечь из этих данных информацию. Объясните причину этого.

Есть таблица, содержащая данные об изменении состояния физической системы (например, данные об изменении напряженности электро-магнитного поля). Чтобы извлечь из нее информацию о системе и ее развитии нужно иметь специальные знания в области физики.

Объясните, почему в различных научных дисциплинах информацию рассматривают по-разному?

В различных научных дисциплинах применяются разные методы для обработки данных.

В какой форме пребывает информация в период между ее передачей и получением?

В форме данных.

Как вы понимаете динамический характер информации? Что происходит с ней по окончании информационного процесса?

Информация изменяется во времени, с поступлением новых данных и новых методов обработки данных. По окончании информационного процесса информация становится данными.

Позиция 6 Свойства информации

Вопросы для самостоятельного изложения

Заполните блоки в диаграмме данной позиции .

Как объективность информации связана с ее полнотой?

Полнота информации тесно связана с объективностью. Чем полнее информация, собранная об объекте или явлении, тем выше ее потенциальная объективность. Фотография дает более полное представление о действительности, чем рисунок, поэтому фотоматериалы могут приниматься как объективные свидетельства (после соответствующей экспертизы), а рисунки – нет. Видеозапись, в отличие от фотографии, представляет информацию не только о внешнем облике объекта, но и о его действиях, поэтому объективность видеозаписи выше, объективность отдельно взятого кадра.

В каких случаях целенаправленно понижают доступность информации? Приведите примеры.

Во время разработки новейшего орудия массового поражения , в случае работы в особых структурах.

В силу каких причин информация может терять актуальность?

Сведения, еще вчера бывшие объективными, сегодня могут не отражать объективную реальность, потому что она изменилась.

В каких случаях избыточность информации полезна? В каких случаях избыточность информации вредна?

Для одного субъекта определенная информация будет полезна (к примеру, в его профессиональной деятельности или для целей личного выбора), для другого та же информация вообще не вызовет реакции, так как не привлечет его интереса, но для иного субъекта та же информация может принести определенный моральный вред.

Можно ли утверждать, что данные, полученные в результате информационного процесса, адекватны исходным данным? От чего зависит адекватность результирующих данных?

Я считаю , что да , так как к примеру : -«Прослушивая передачу радиостанции на незнакомом языке, мы получаем данные, но не получаем информацию в связи с тем, что не владеем методом преобразования данных в известные нам понятия. Если эти данные записать на лист бумаги или на магнитную ленту, изменится форма их представления, произойдет новая регистрация и, соответственно, образуются новые данные. Такое преобразование можно использовать, чтобы все-таки извлечь информацию из данных путем подбора метода, адекватного их новой форме. Для обработки данных, записанных на листе бумаги, адекватным может быть метод перевода со словарем, а для обработки данных, записанных на магнитной ленте, можно пригласить переводчика, обладающего своими методами перевода, основанными на знаниях, полученных в результате обучения или предшествующего опыта».

Таким образом мы получим информацию , ту которую передавали по радиостанции , на понятном нам языке.

Позиция 7 Подходы к измерению информации. Единицы измерения информации

Вопросы для самостоятельного изложения

В каких случаях для целей измерения информации используется синтаксическая мера?

Эта мера количества информации оперирует с обезличенной информацией, не выражающей смыслового отношения к объекту. Используется при представлении информации в компьютере.

В каких случаях для целей измерения информации используется семантическая мера?

Для измерения смыслового содержания информации, т.е. ее количества на семантическом уровне, наибольшее признание получила тезаурусная мера, которая связывает семантические свойства информации со способностью пользователя принимать поступившее сообщение. Эта мера имеет смысл при обучении.

В каких случаях для целей измерения информации используется прагматическая мера?

Эта мера определяет полезность информации (ценность) для достижения пользователем поставленной цели. Эта мера - величина относительная, обусловленная особенностями использования этой информации в той или иной системе. Ценность информации целесообразно измерять в тех же самых единицах (или близких к ним), в которых измеряется целевая функция.

Например, в экономической системе прагматические свойства (ценность) информации можно определить приростом экономического эффекта функционирования, достигнутым благодаря использованию этой информации для управления системой.

Почему количество информации в сообщении удобнее оценивать не по степени увеличения знания об объекте, а по степени уменьшения неопределённости наших знаний о нём?

Количество информации I на синтаксическом уровне невозможно определить без рассмотрения понятия неопределенности состояния системы (энтропии системы). Действительно, получение информации о какой-либо системе всегда связано с изменением степени неосведомленности получателя о состоянии этой системы. Пусть до получения информации потребитель имеет некоторые предварительные (априорные) сведения о системе α. Мерой его неосведомленности о системе является функция H(α), которая в то же время служит и мерой неопределенности состояния системы.

После получения некоторого сообщения β получатель приобрел некоторую дополнительную информацию Ι_β(α), уменьшившую его априорную неосведомленность так, что апостериорная (после получения сообщения β) неопределенность состояния системы стала H_β(α).

Тогда количество информации Ι_β(α) о системе, полученной в сообщении β, определится как

Вопросы для самостоятельного изложения

Для чего нужно кодирование информации? Поясните примерами.

Кодирование информации позволяет унифицировать форму представления данных, относящихся к различным типам, для автоматизации работы с ними. Кодирование позволяет выразить данные одного типа через данные другого типа.

- Естественные человеческие языки –системы кодирования понятий для выражения мыслей посредством речи.

- Азбуки - системы кодирования компонентов языка с помощью графических символов.

- Система записи математических выражений;

- Телеграфная азбука;

- Морская флажковая азбука;

- Система Брайля.

Приведите 2 – 3 примера аналогового кодирования информации.

Виниловая пластинка - пример аналогового хранения звуковой информации, так как звуковая дорожка свою форму изменяет непрерывно. Живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно - аналоговое представление графической информации.

Приведите 2 – 3 примера табличного кодирования информации.

Запись шахматной партии.

Координаты вершин треугольника в декартовой системе координат.

К какой схеме кодирования относится запись текста на русском языке? Обоснуйте ответ.

Запись текста на русском языке - таблично-символьный тип кодирования, каждому звуку соответствует символ (буква) или комбинация символов (слог).

Приведите 2 – 3 примера таблично-цифрового кодирования информации.

Таблицы кодирования символов алфавита (ASCII, Windows 1251).

Приведите 2 – 3 примера цифрового кодирования информации

.

Представление черно-белых иллюстраций в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета.

Кодирование чисел двоичным кодом.

В чем достоинства цифрового кодирования информации?

Цифровое кодирование приводит различную по виду информацию к единой форме. После этого легко организовать ее дальнейшую обработку на компьютере.

Когда применяют преобразование аналоговых данных в цифровые? Приведите примеры

Запись аудио или видео сигнала на цифровой носитель информации.

Когда применяют преобразование цифровых данных в аналоговые? Приведите примеры

Воспроизведение звука: данные, записанные на цифровой носитель информации преобразуются в сигнал, вызывающий колебания и позволяющий воспроизвести звук через динамики.

С чем связана актуальность преобразования аналоговых данных в цифровые и обратного преобразования цифровых данных в аналоговые?

При цифровой записи аудио и видео (в компьютерных ТВ-тюнерах, платах видеовхода, видеокамерах для оцифровки видеосигнала) применяется преобразование аналоговых данных в цифровые, для того, чтобы была возможность их дальнейшей обработки на вычислительной технике. При воспроизведении этих данных, хранящихся в цифровом виде, необходимо провести обратное преобразование.

Какие операции выполняются при преобразовании аналоговых данных в цифровые?

Любой непрерывный (аналоговый) сигнал s(t) может быть подвергнут дискретизации по времени и квантованию по уровню (оцифровке), то есть представлен в цифровой форме.

Оцифровка происходит в следующем порядке:

- Форматирование

- Кодирование источника

- Шифрование

- Канальное кодирование

- Уплотнение

- Импульсная модуляция

- Полосовая модуляция

- Расширение спектра

- Множественный доступ

- Передача сигналов

Чем определяется точность преобразования аналоговых данных в цифровые?

Имеется несколько источников погрешности АЦП. Ошибки квантования и (считая, что АЦП должен быть линейным) нелинейности присущи любому аналого-цифровому преобразованию. Кроме того, существуют так называемые апертурные ошибки которые являются следствием джиттера (англ. jitter) тактового генератора, они проявляются при преобразовании сигнала в целом (а не одного отсчёта).

Вопросы для самостоятельного изложения

Докажите, что одним байтом можно кодировать целые числа от 0 до 255 без учета знака.

1 байт – 8 двоичных знаков,

Наименьшее число 0000 0000₂=0₁₀

Наибольшее число 1111 1111₂=255₁₀

Запишите двоичные коды чисел 39; 79; 112; 155; 198; 225; 250; 999; 5470; 22558; 64640.

39 = 0010 0111

79 = 0100 1111

112 = 0111 0000

155 = 1001 1011

198 = 1100 0110

225 = 1110 0001

250 = 1111 1010

999 = 0011 1110 0111

5470 = 0001 0101 0101 1110

22558 =0101 1000 0001 1110

64640 = 1111 1100 1000 0000

Как связан объем данных в битах с записью двоичного числа?

Одним битом могут быть выражены два понятия 0 или 1 (да или нет, черное или белое, истина или ложь и т.д.). Если количество битов увеличить до 2, то уже можно выразить четыре различных понятия:

0 01 10 11

Тремя битами можно закодировать восемь различных значений:

0 001 010 011 100 101 110 111

Увеличивая на единицу количество разрядов в системе двоичного кодирования, мы увеличиваем в два раза количество значений, которое может быть выражено в данной системе.

Запишите в нормализованном десятичном виде числа: 123,456; 0,00023; 0, 00000400005; -9876543,21

123,456 = 0,123456*10¹

0,00023 = 0,23*10^-3

0, 00000400005 = 0,400005*10^-6

-9876543,21 = -0,987654321*10⁷

В чем преимущество представления вещественных чисел в нормализованной форме?

При представлении вещественных чисел в нормализованной форме появляется возможность выделить фиксированный объем памяти для хранения числа. При этом большую часть из 80 бит отводят для хранения мантиссы (вместе со знаком) и некоторое фиксированное количество разрядов отводят для хранения характеристики (тоже со знаком).

Позиция 10 Цифровое кодирование текстов

Вопросы для самостоятельного изложения

Используя кодировочную таблицу Windows-1251, представьте десятичным кодом следующий текст – Студент Новосибирского гуманитарного института. Укажите, каков объем в байтах этого текста.

Объем текста – 45 байт.

С чем связано большое количество различных систем кодирования текстов?

В первые годы развития вычислительной техники наличие различных систем было связано с отсутствием необходимых стандартов. В настоящее время, наоборот, одновременно действует большое число противоречивых стандартов.

С чем связан переход на универсальную систему кодирования текстовых данных (Unicode). Укажите достоинства и недостатки этой системы.

При использовании единого стандарта появляется единая форма представления текстовых данных, что упрощает их обработку. Нет необходимости обеспечивать переход между различными кодировками и возможности для работы с документами, созданными в различных кодировках.

Достоинства. Шестнадцать разрядов позволяют обеспечить уникальные коды для 65536 различных символов – этого поля достаточно для размещения в одной таблице символов большинства языков планеты.

Недостатки:

1) из за увеличения числа разрядов все текстовые документы автоматически становятся вдвое длиннее;

2) Проблемы, связанные с согласованием документов, выполненных в разных системах кодирования, с программными средствами.

Позиция 11 Цифровое кодирование звука

Вопросы для самостоятельного изложения

Опишите, в чем заключается процесс дискретизация аналогового сигнала. По какому правилу выбирается частота дискретизации?

Дискретизация. Непрерывный сигнал представляется последовательностью дискретных импульсов

Правило Котельникова.

При аналого-цифровом преобразовании непрерывного сигнала частота дискретизации должна превышать частоту самого сигнала не менее чем в два раза.

Опишите, в чем заключается процесс квантования аналогового сигнала . По какому правилу выбирается шаг квантования и на что он влияет?

Квантование по уровню. Величина каждого импульса представляется целым числом, которое записывается в двоичном коде.

При квантовании по уровню погрешность тем меньше, чем больше разрядов в двоичном числе, которым измеряется величина сигнала. В настоящее время часто применяют 16-разрядное кодирование, которое позволяет регистрировать 65536 различных уровней громкости.

Что такое «поток данных»? В каких единицах он измеряется? Для данных, какого типа применим этот термин? От чего зависит размер потока данных при представлении звуковых данных в двоичном коде.

Поток данных — это количество информации в сжатом виде, приходящееся на единицу времени для какой-либо записи. Существует два способа сжатия информации: с постоянным потоком данных (CBR, constant bitrate) и с переменным потоком данных (VBR, variable bitrate). В первом варианте каждый блок данных сжатого файла (который имеет определённую длительность при воспроизведении) имеет постоянный размер — соответственно поток данных не меняется на протяжении всего файла. В случае переменного потока данных каждый блок по выбору кодера может иметь больший или меньший размер. Поскольку реальные сигналы имеют постоянно изменяющуюся сложность, метод кодирования с переменным потоком данных оказался существенно эффективнее.

Когда поток данных не постоянен, то говоря о ширине потока данных подразумевают среднюю величину потока данных. Усреднение традиционно проводится в течении всей записи.

С точки зрения изменения сложности для сжатия, видеоинформация существенно сложнее, чем звуковая. Статичные сцены, где из кадра в кадр меняется лишь малая часть изображения, сменяются динамичными, где во время взрывов и погонь сложно найти два одинаковых кадра. Первые реализации MPEG кодеров использовали сжатие видео с постоянным потоком данных (в частности — стандарт Video CD, MPEG–1 сжатие). Однако это даёт настолько неудовлетворительные результаты, что сжатие видео с постоянным потоком данных на сегодня не используется нигде. Есть, правда, два исключения: совместимость со старыми стандартами (например Video CD) и цифровое вещание (network broadcasting).

Ширина потока данных измеряется в битах в секунду или байтах в секунду. Потоки данных при работе с видео достаточно велики, потому чаще встречаются килобиты и мегабиты (байт содержит 8 битов, килобайт содержит 1 024 байта, мегабайт равен 1 024 килобайтам, то есть 1 048 576 байтам). С битами не всё так просто: DivX Networks внесли изрядную путаницу, используя соотношение 1 кбит = 1 000 бит в своём кодере. (http://www.malbred.com/kodirovanie-video/potok-dannyh-bitrate.html)

Тема 2. Вычислительная техника. Состав вычислительной системы

Позиция 12 Архитектура персонального компьютера

При рассмотрении компьютеров принято различать их архитектуру и структуру.