Кодирование данных двоичным кодом
Информатика
Конспект лекций
Лекция 1
Введение
Информатика – это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а так же принципы функционирования этих средств и методы управления ими.
Основной задачей информатики на данный момент является систематизация существующих, разработка и внедрение новых средств и методов автоматизации операции с данными.
Предметами информатики являются:
- аппаратное обеспечение вычислительной техники;
- программное обеспечение вычислительной техники;
- средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;
- средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.
В составе основной задачи информатики можно выделить следующие практические направления:
- архитектура вычислительных систем;
- интерфейсы (взаимодействие) вычислительных систем;
- программирование;
- преобразование данных;
- защита информации;
- автоматизация;
- стандартизация.
Слово информатика происходит от французского слова Informatique, образованного в результате объединения терминов Information (информатика) и Automatique (автоматика).
Таким образом, важнейшим понятием в информатике является понятие информации. Оно базируется на понятиях «данные» и «методы обработки» данных. В свою очередь понятие «данные» основано на сигналах и их регистрации. Рассмотрим эти понятия по порядку.
|
|
|
Информация и информатика
Сигналы и данные
Все, что нас окружает и с чем мы сталкиваемся, относится либо к физическим телам, либо к физическим полям. Тела всегда движутся, что сопровождается обменом энергией и переходом ее из одной формы в другую.
Все виды энергообмена сопровождаются появлением сигналов, т.е. все сигналы имеют в своей основе материальную энергетическую природу. При взаимодействии сигналов и физических тел в последних возникают определенные изменения свойств. Путем наблюдения, измерения и фиксирования этих изменений возможно производить регистрацию сигналов, в результате чего образуются данные.
Данные – это зарегистрированные сигналы.
Данные и методы
Данные несут в себе информацию о произошедших событиях. Однако данные не тождественны информации. Рассмотрим это на примерах.
Наблюдая за состязаниями бегунов, мы с помощью механического секундомера регистрируем начальное и конечное положение стрелки прибора. В итоге мы замеряем величину ее перемещения за время забега – это регистрация данных. Полученные данные не являются полезными, т.е. информацию о времени преодоления дистанции мы на самом деле не получаем. Для преобразования данных о перемещения стрелки в информацию о времени необходимо наличие метода пересчета одной физической величины в другую, т.е., зная расстояние, которое прошла стрелка, определить время этого хода. При этом потребуются знания о цене деления секундомера и о методе алгебраического умножения.
|
|
|
Понятие об информации
В настоящее время строго определения информации, которое бы отражало все аспекты, относящиеся к различным областям применения данного термина, не принято. Т.е. с физической, математической и др. точек зрения в термин «информация» вкладывается различный смысл. Для выхода из этой ситуации обычно используют понятие об информации. Понятия, в отличие от определений, не даются однозначно, а вводятся на примерах. И каждая научная дисциплина делает это по-своему.
С точки зрения информатики, как технической науки понятие информации заключается в следующем:
Информация есть продукт взаимодействия данных и адекватных им методов.
Поясним это на следующем примере.
Предположим, русский человек находится в комнате с иностранцем, причем, русский не знает ни одного известного иностранцу языка и иностранец не знает ни одного известного русскому. Даже без каких либо дополнительных жестов русский может получить некоторые данные об иностранце. Так, внимательно проследив его взгляд когда, например, у него округлились глаза, русский получит данные о том что волнует иностранца. Например, телефон или ноутбук. И наоборот, то, что русский за ним наблюдает, позволит иностранцу получить некоторые данные о русском. В сумме это образует некоторый язык, причем достаточно разнообразный.
|
|
|
Данный пример можно разложить на составляющие, соответствующие приведенному определению информации. В частности:
Данными являются взгляд на предмет. Методом обработки этих данных является слежение за этим взглядом. Адекватность метода подчеркивается тем, что слежение за взглядом должно быть внимательным, что адекватно преобразовать данные.
Более простой пример – аудитория и преподаватель.
Свойства информации
Информация является динамическим объектом, образующимся в момент взаимодействия данных и методов. Как и всякий объект, она обладает своими свойствами.
Дуализм информации – на ее свойства влияют как свойства данных, так и свойства методов.
Объективность и субъективность информации. Объективность информации является относительной, что связана с субъективностью методов ее получения. Более объективной принято считать ту информацию, в которую методы вносят меньший субъективный элемент. Так, например метод получения графической информации путем фотоснимка принято считать более объективным, чем метод рисования.
|
|
|
Полнота информации – определяет ее достаточность для принятия решения или создания новых данных на основе имеющихся.
Достоверность информации. Данные возникают в момент регистрации сигналов, но не все сигналы являются полезными – всегда присутствует какой-то уровень посторонних сигналов, т.е. информационного шума. Чем ниже уровень этого шума, тем больше достоверность информации. Для избавления от шумов при передачи информации используются специальные методы кодирования, которые мы рассмотрим позже.
Адекватность информации – это степень соответствия реальному объективному состоянию дела. Неадекватная информация может быть получена в следствии неполных данных, либо неадекватных методов.
Доступность информации – мера возможности получения информации. Степень доступности информации определяется степенью доступности данных и адекватных методов.
Актуальность информации – степень соответствия информации текущему моменту времени.
Данные
Данные есть зарегистрированные сигналы. Причем метод регистрации может быть любым: механическое перемещение тел, изменение их формы, либо изменение их электрического и магнитного состояния. Метод регистрации определяет тип носителя информации.
Самым распространенным до настоящего времени типом носителя информации являлась бумага. При этом регистрация выполнялась путем изменения оптических свойств ее отдельных участков. В настоящее время путем изменения оптических свойств происходит регистрация на оптических компьютерных дисках – CD, DVD, Blu-Ray и др. Изменение их оптических свойств производится лазерными устройствами. Наиболее распространенными средствами регистрации в наш век компьютерных технологий является изменение магнитного состояния объекты (жесткие диски), либо изменение электрического состояния – флеш-накопители.
Свойства информации определяются свойствами того или иного средства ее хранения. Любой носитель информации можно характеризовать параметрами:
разрешающая способность – количеством данных, хранящихся в принятой для него единице измерения и
динамический диапазон – отношение амплитуды максимального и минимального регистрируемого сигнала.
От этих свойств зависит полнота, доступность и достоверность хранящейся информации. Так, например, чем больше возможный объем устройства хранения, тем больше полнота информации, т.е. фильм, записанный на CD носителе будет содержать меньшую детализацию чем и на DVD.
Одной из важнейших задач информатики является задача преобразования данных при смене носителя.
Операции с данными
Сбор данных – накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решений.
Формализация данных – приведение данных, поступающих из различных источников к одинаковой форме.
Фильтрация данных – отсеивание «лишних» данных, уменьшение уровня информационного шума.
Сортировка данных – упорядочение по заданному признаку с целью удобства использования.
Архивация данных – организация хранения данных в удобной и легкодоступной форме.
Защита данных – комплекс мер по предотвращению утраты, воспроизведения и модификации данных.
Транспортировка данных – прием и передача данных между удаленными участниками информационного процесса.
Преобразование данных – перевод данных из одной формы в другую или из одной структуры в другую, например, при смене носителя.
Кодирование данных двоичным кодом
Важнейшим аспектом преобразования данных является автоматизация этого процесса потому что она существенно сокращает время работы. Для автоматизации работы с данными очень важно их унифицировать, то есть привести к единому виду. Для этого обычно используется прием кодирования, т.е. выражение данных одного типа через данные другого. Например человеческий язык есть не что иное, как средство кодирования его мыслей. Средством кодирования человеческого языка является азбука, т.е. кодирование с помощью графических символов.
Создание универсального языка, как средства кодирования являлось и является одной из важнейших задач в различных областях науки, техники и культуры.
Система кодирования, разработанная для вычислительной техники, называется двоичное кодирование и основана она на представлении данных последовательностью всего двух знаков: 0 и 1. Эти знаки называются двоичными цифрами, что в переводе на английский язык – binary digit или сокращенно bit (бит).
С помощью одного бита могут быть выражены два понятия, обычно противоположные: 0 или 1 - да или нет, черное или белое, истина или ложь и др. Если количество бит увеличить до двух, то уже можно выразить четыре разных понятия:
00 01 10 11
С помощью трех бит – восемь понятий:
000 001 010 011 100 101 110 111.
Увеличивая на единицу количество бит (т.н. разрядов в отдельного слова в кодировании) мы увеличиваем в два раза количество значений, которое может быть выражено в данной системе, т.е. общая формула имеет вид:
N=2m,
где N – количество независимых кодируемых значений, m – разрядность двоичного кода.
Лекция 2
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 309; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!