Введение, понятия и определения, технические ср…

а) основная литература:
Информатика. Базовый курс: учеб. пособие для студентов втузов / [С.В. Симонович, Г.А. Евсеев, В.И. Мураховский, С.И. Бобровский] ; под ред. С.В. Симоновича. - Москва; Санкт-Петербург; Нижний Новгород [и др.]: Питер, 2001, 2006, 2009. 640 с.
Острейковский В.А. Информатика: учебник для студентов техн. направлений и специальностей вузов. – М.: Высшая школа, 2009. 511 с.
Кураков Л.П., Лебедев Е.К. Информатика: Учебник. – М.: Вуз и школа, 2004. – 636 с.
Информатика. Учебник. 3-е перераб. изд./Под ред. Н.В. Макаровой. – М.: Финансы и статистика. 2006. – 768 с.
Степанов А.Н. Информатика. Учебник для вузов. 4-е изд. – СПб.: Питер, 2005. – 684 с.
Информатика. Программирование в системах Turbo Basic и Turbo Pascal: Метод. указания к лабораторным работам 10 – 16 / Сост. А.Н. Ильгачев, А.И. Козлов; Чуваш. ун-т. Чебоксары, 2004. – 60 с.
Информатика. Программирование в системах Turbo Basic и Turbo Pascal: Метод. указания к лабораторным работам 17 – 20 / Сост. А.Н. Ильгачев, А.И. Козлов; Чуваш. ун-т. Чебоксары, 2004. – 48 с.
Информатика. Практикум технологии работы на компьютере / Под ред. Н.В. Макаровой, – М.: Финансы и статистика, 2005. 256 с.
Семакин И.Г. Основы программирования6 Учебник для сред. проф. образования / И.Г. Семакин, А.Н. Шестаков. – 2003. – 432 с.
Семкин Д.Н. Информатика и компьютерные технологии : учеб. пособие / Д.Н. Сёмкин, Т.М. Майорова. Чебоксары. 2007. - 219 с.

б) дополнительная литература:
Фролов И.М. Энциклопедия Microsoft Office 2003. – М.: Букпресс, 2006. 912с.
Сергеев А.П., Microsoft Office 2007. Самоучитель. – М.: Издательство «Диалектика», 2007. 416 с.
Епанешников А.М., Епанешников В.А. Программирование в среде Turbo Pascal 7.0. – М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1997.
Информатика. Операционная система MS DOS и оболочка Norton Commander / сост. А.Н. Ильгачев, А.И. Козлов; Чуваш. ун-т. Чебоксары; 2002. – 64 с.
Электронные вычислительные машины. В 8 кн. Кн. 3. Технология подготовки задач для решения на ЭВМ: Практ. пособие для вузов/ Под ред. А.Я. Савельева. – М.: Высш. шк., 1992.
Электронные вычислительные машины. В 8 кн. Кн. 7. Практикум по программированию: Практ. пособие для вузов / Под ред. А.Я. Савельева. – М.: Высш. шк., 1993.
Электронные вычислительные машины. В 8 кн. Кн. 5. Языки программирования (ПАСКАЛЬ, ПЛ/М): Практ. пособие для вузов/ Под ред. А.Я. Савельева. – М.: Высш. шк., 1993.
Информатика. Операционная система MS DOS и оболочка Norton Commander / Сост. А.Н. Ильгачев, А.И. Козлов; Чуваш. ун-т. Чебоксары; 2002. 64 с.
Акулов О.А., Медведев Н.В. Информатика: базовый курс: учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению 552800, 654600 «Информатика и вычислительная техника / О.А. Акулов, Н.В. Медведев. 2-е изд. испр. и доп. – М.: Омега-Л, 2003. – 552 с.»
Раздел 1. Введение
Предмет и задачи информатики. Структура информатики. Основные понятия и определения информатики: информационные процессы, ресурсы и технологии. Информатизация общества. Краткая история информатики.
Раздел 2.Теоретическая информатика
Понятие информации, ее свойства. Измерение и представление информации. Меры информации на синтаксическом, семантическом и прагматическом уровнях. Системы счисления. Представление числовой информации. Представление символьной информации. Представление графической информации. Представление звуковой информации.
Раздел 3. Технические средства обработки информации
Классификация ЭВМ. Логические основы построения ЭВМ. Архитектура персонального компьютера. Микропроцессоры. Запоминающие устройства ПК. Основные периферийные устройства ПК. Перспективы развития ЭВМ.
Раздел 4. Общая характеристика программного обеспечения ЭВМ
Понятие и классификация программного обеспечения. Программные продукты и их основные характеристики.
Раздел 5. Системное программное обеспечение
Классификация системного программного обеспечения. Функции операционных систем (ОС) ПК. Общая характеристика ОС, применяемых в ПК. Понятие и виды интерфейсов. Организация и обслуживание файловой системы. Управление установкой, исполнением и удалением приложений. Обслуживание компьютера. Другие функции ОС. Основы работы в ОС семейства WINDOWS. Основные объекты, элементы оконной технологии и приемы управления ОС WINDOWS XP. Операции с файловой структурой. Использование Главного меню. Установка и удаление приложений, оборудования в WINDOWS XP. Сервисные программы.
Раздел 6. Алгоритмизация и программирование.
Этапы решения задач на ЭВМ. Понятие алгоритма Способы записи алгоритмов. Понятие о языках программирования. История развития и классификация языков программирования. Технологии программирования: модульное, структурное, объектно-ориентированное и визуальное.
Основные приемы работы в системе программирования PascalABC. Язык программирования Pascal. Алфавит языка и структура программы. Типы данных, их классификация и способы задания. Простейшие конструкции: константы, переменные, стандартные функции, выражения. Операции с символами, строками и массивами. Правила записи и вычисления выражений. Классификация операторов. Операторы присваивания. Операторы ввода-вывода. Форматный вывод данных. Управляющие структуры языка. Условный оператор, оператор выбора, операторы цикла. Функции и процедуры (подпрограммы). Глобальные и локальные переменные. Фактические и формальные параметры. Операторы работы с файлами.

Раздел 1. Введение
1.1. Предмет и задачи информатики.
1.2. Структура информатики.
1.3. Основные понятия и определения информатики: информационные процессы, ресурсы и технологии.
1.4. Информатизация общества.
1.5. Краткая история информатики.

1.1. Предмет и задачи информатики.
Информатика  это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.

Предмет информатики составляют следующие понятия:
аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;
программное обеспечение средств вычислительной техники;
средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;
средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

Как видно из этого списка, в информатике особое внимание уделяется вопросам взаимодействия. Для этого даже есть специальное понятие  интерфейс. Методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами называют пользовательским интерфейсом. Соответственно, существуют аппаратные интерфейсы, программные интерфейсы и аппаратно-программные интерфейсы.

Задачи информатики состоят в следующем:
исследование информационных процессов любой природы;
разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации на базе полученных результатов исследования информационных процессов;
решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.

Информатика  практическая наука. Ее достижения должны проходить подтверждение практикой и приниматься в тех случаях, когда они соответствуют критерию повышения эффективности. В составе основной задачи информатики сегодня можно выделить следующие направления для практических приложений:
архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных);
интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением);
программирование (приемы, методы и средства разработки компьютерных программ);
преобразование данных (приемы и методы преобразования структур данных);
защита информации (обобщение приемов, разработка методов и средств защиты данных);
автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека);
стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программными средствами, а также между форматами представления данных, относящихся к различным типам вычислительных систем).

На всех этапах технического обеспечения информационных процессов для информатики ключевым понятием является эффективность.
Для аппаратных средств под эффективностью понимают отношение производительности оборудования к его стоимости (с учетом стоимости эксплуатации и обслуживания).
Для программного обеспечения под эффективностью понимают производительность лиц, работающих с ними (пользователей).
В программировании под эффективностью понимают объем программного кода, создаваемого программистами в единицу времени.
В информатике все жестко ориентировано на эффективность. Вопрос, как сделать ту или иную операцию, для информатики является важным, но не основным. Основным же является вопрос, как сделать данную операцию эффективно.

Информатика является естественнонаучной дисциплиной для всех технических направлений и специальностей.
Для направлений и специальностей, в которых информатика  непрофилирующая дисциплина, целью изучения является изложение фундаментальных понятий об информации, методах ее получения, хранения, обработки и передачи, а также роли информационного ресурса в информатизации общества.
В соответствии с требованиями Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования студенты технических направлений и специальностей в результате изучения курса «Информатика» должны:
знать роль и место информатики в системе подготовки специалиста; содержание и способы использования компьютерной техники и информационных технологий; иметь представления об информационных ресурсах общества как экономической категории; знать основы современных информационных технологий переработки информации и их влияние на успех в профессиональной деятельности;
уметь применять компьютерную технику и информационные технологии в своей профессиональной деятельности;
владеть средствами компьютерной техники и информационных технологий; навыками программирования на проблемно-ориентированном либо объектно-ориентированном языке, тестирования и отладки программ; методами работы в локальных сетях и телекоммуникационных системах.

1.2. Структура информатики.
Информатика в широком смысле представляет собой единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с переработкой информации.
Информатику в узком смысле можно представить как состоящую из трех взаимосвязанных частей:
Информатика как отрасль народного хозяйства состоит из однородной совокупности предприятий разных форм хозяйствования, где занимаются производством компьютерной техники, программных продуктов и разработкой современной технологии переработки информации. Специфика и значение информатики как отрасли производства состоят в том, что от нее во многом зависит рост производительности труда в других отраслях народного хозяйства. В настоящее время около 50% всех рабочих мест в мире поддерживается средствами обработки информации.
Информатика как фундаментальная наука занимается разработкой методологии создания информационного обеспечения процессов управления любыми объектами на базе компьютерных информационных систем. В Европе можно выделить следующие основные научные направления в области информатики: разработка сетевой структуры, компьютерно-интегрированные производства, экономическая и медицинская информатика, информатика социального страхования и окружающей среды, профессиональные информационные системы.
Информатика как прикладная дисциплина занимается:
изучением закономерностей в информационных процессах (накопление, переработка, распространение);
созданием информационных моделей коммуникаций в различных областях человеческой деятельности;
разработкой информационных систем и технологий в конкретных областях и выработкой рекомендаций относительно их жизненного цикла: для этапов проектирования и разработки систем, их производства, функционирования и т.д.
Главная функция информатики заключается в разработке методов и средств преобразования информации и их использовании в организации технологического процесса переработки информации.

1.3. Основные понятия и определения информатики: информационные процессы, ресурсы и технологии.
Термин информация имеет множество определений.
Информация ( лат. informatio  разъяснение, изложение, осведомленность )  одно из наиболее общих понятий науки, обозначающее некоторые сведения, совокупность каких-либо данных, знаний и т. п.
В широком смысле «информация»  это отражение реального мира; в узком смысла «информация»  это любые сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования.
С практической точки зрения информация всегда представляется в виде сообщения. Информационное сообщение связано с источником сообщения, получателем сообщений и каналом связи (рис. 1).

Рис. 1.

Информационный процесс  процесс получения, создания, сбора, обработки, накопления, хранения, поиска, распространения и использования [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
Информационные ресурсы – знания, подготовленные для специального использования и зафиксированные на материальном носителе.
Информационные ресурсы – это отдельные документы, массивы документов, которые входят в состав информационных систем.
Мировые информационные ресурсы – включают информационные ресурсы, рассматривающие совокупность информационных ресурсов различных государств.
В широком понимании информационные технологии (ИТ) охватывает все области передачи, хранения и восприятия информации и не только компьютерные технологии. При этом ИТ часто ассоциируют именно с компьютерными технологиями, и это не случайно: появление компьютеров вывело ИТ на новый уровень. Как когда-то [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], а ещё ранее печатное дело.
Основные черты современных ИТ:
компьютерная обработка информации по заданным [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ];
хранение больших[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] объёмов информации на [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ];
передача информации на значительные[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] расстояния в ограниченное время.

1.4. Информатизация общества.

Информатизация общества  организованный социально-экономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей на основе формирования и использования информационных ресурсов.
Информатизация прежде всего охватывает все элементы рыночной инфраструктуры экономики:
сеть оптовой и розничной торговли;
товарные, фондовые, валютные биржи, биржи труда, ярмарки;
сети банков и кредитно-финансовых учреждений;
сеть независимых посреднических фирм и контор, оказывающих различные услуги, в том числе и информационные, субъектам рынка;
складское и транспортное хозяйство;
страховые компании;
налоговую службу;
систему подготовки и переквалификации кадров;
аудиторскую службу и т.д.

1.5. Краткая история информатики.
Информатика как наука стала развиваться с середины прошлого столетия, что связано с появлением ЭВМ и начинающейся компьютерной революцией.
Появление вычислительных машин в 50-е годы XX века создало для информатики необходимую ей аппаратную поддержку, или иначе говоря, благоприятную среду для ее развития как науки.
Всю историю информатики принято разбивать на два больших этапа: предыстория и история.
Предыстория информатики такая же древняя, как и история развития человеческого общества. В предыстории выделяют (весьма приближенно) ряд этапов. Каждый из этих этапов характеризуется по сравнению с предыдущим резким возрастанием возможностей хранения, передачи и обработки информации.
Начальный этап предыстории  освоение человеком развитой устной речи. Членораздельная речь, язык стал специфическим социальным средством хранения и передачи информации.
Второй этап  возникновение письменности. Прежде всего резко возросли (по сравнению с предыдущим этапом) возможности по хранению информации. Человек получил искусственную внешнюю память. Организация почтовых служб позволила использовать письменность и как средство для передачи информации. Кроме того, возникновение письменности было необходимым условием для начала развития наук. С этим же этапом связано и возникновение понятия натуральное число. Все народы, обладавшие письменностью, владели понятием числа и пользовались той или иной системой счисления.
Третий этап  книгопечатание. Книгопечатание можно смело назвать первой информационной технологией. Воспроизведение информации было поставлено на поток, на промышленную основу. По сравнению с предыдущим этот этап не столько увеличил возможности по хранению (хотя и здесь был выигрыш: письменный источник  часто один-единственный экземпляр, печатная книга  целый тираж экземпляров, а следовательно, и малая вероятность потери информации при хранении.
Четвертый и последний этап предыстории связан с успехами точных наук (прежде всего математики и физики) и начинающейся в то время научно-технической революцией. Этот этап характеризуется возникновением таких мощных средств связи, как радио, телефон и телеграф, к которым по завершению этапа добавилось и телевидение. Кроме средств связи появились новые возможности по получению и хранению информации  фотография и кино. К ним также очень важно добавить разработку методов записи информации на магнитные носители (магнитные ленты, диски).
С разработкой первых ЭВМ принято связывать возникновение информатики как науки, начало ее истории. Для такой «привязки» имеется несколько причин.
Во-первых, сам термин «информатика» появился на свет благодаря развитию вычислительной техники, и поначалу под ним понималась наука о вычислениях (первые ЭВМ большей частью использовались для проведения числовых расчетов).
Во-вторых, выделению информатики в отдельную науку способствовало такое важное свойство современной вычислительной техники, как единая форма представления обрабатываемой и хранимой информации. Вся информация, вне зависимости от ее вида, хранится и обрабатывается на ЭВМ в двоичной форме. Так получилось, что компьютер в одной системе объединил хранение и обработку числовой, текстовой (символьной) и аудиовизуальной (звук, изображение) информации. В этом состояла инициирующая роль вычислительной техники при возникновении и оформлении новой науки.
На сегодняшний день информатика представляет собой комплексную научно-техническую дисциплину. Информатика под своим названием объединяет довольно обширный комплекс наук, каждая из которых занимается изучением одного из аспектов понятия информация.
Раздел 2. Теоретическая информатика
1.1. Понятие информации, ее свойства.
1.2. Измерение и представление информации.
1.3. Меры информации на синтаксическом, семантическом и прагматическом уровнях.
1.4. Системы счисления.
1.5. Представление числовой информации. Представление символьной информации. Представление графической информации. Представление звуковой информации.

1.1. Понятие информации, ее свойства.

Термин информация происходит от латинского informatio, что означает разъяснение, осведомление, изложение. С позиции материалистической философии информация есть отражение реального мира с помощью сведений (сообщений). Сообщение это форма представления информации в виде речи, текста, изображения, цифровых данных, графиков, таблиц и т.п.
Информация сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.
Информатика рассматривает информацию как связанные между собой сведения, данные, понятия, изменяющие наши представления о явлении или объекте окружающего мира. Наряду с информацией в информатике часто употребляется понятие данные. Покажем, в чем их отличие.
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.

Пример. Напишите на листе десять номеров телефонов в виде последовательности десяти чисел и покажите их вашему другу. Он воспримет эти цифры как данные, так как они не предоставляют ему никаких сведений.
Затем против каждого номера укажите название фирмы и род деятельности. Для вашего друга непонятные цифры обретут определенность и превратятся из данных в информацию, которую он в дальнейшем мог бы использовать.

Свойства информации:
достоверность;
полнота;
ценность;
своевременность;
понятность;
доступность;
краткость;
и др.

Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел.
Недостоверная информация может привести к неправильному пониманию или принятию неправильных решений.
Достоверная информация со временем может стать недостоверной, так как она обладает свойством устаревать, то есть перестаёт отражать истинное положение дел.

Информация полна, если её достаточно для понимания и принятия решений.
Как неполная, так и избыточная информация сдерживает принятие решений или может повлечь ошибки.

Точность информации определяется степенью ее близости к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т.п.

Ценность информации зависит от того, насколько она важна для решения задачи, а также от того, насколько в дальнейшем она найдёт применение в каких-либо видах деятельности человека.

Только своевременно полученная информация может принести ожидаемую пользу. Одинаково нежелательны как преждевременная подача информации (когда она ещё не может быть усвоена), так и её задержка.

Если ценная и своевременная информация выражена непонятным образом, она может стать бесполезной. Информация становится понятной, если она выражена языком, на котором говорят те, кому предназначена эта информация.

Информация должна преподноситься в доступной (по уровню восприятия) форме.
Поэтому одни и те же вопросы по-разному излагаются в школьных учебниках и научных изданиях.

Информацию по одному и тому же вопросу можно изложить кратко (сжато, без несущественных деталей) или пространно (подробно, многословно). Краткость информации необходима в справочниках, энциклопедиях, учебниках, всевозможных инструкциях.

При работе с информацией всегда имеется ее источник и потребитель (получатель). Пути и процессы, обеспечивающие передачу сообщений от источника информации к ее потребителю, называются информационными коммуникациями.
Для потребителя информации очень важной характеристикой является ее адекватность.
Адекватность информации это определенный уровень соответствия создаваемого с помощью полученной информации образа реальному объекту, процессу, явлению и т.п.
В реальной жизни вряд ли возможна ситуация, когда вы сможете рассчитывать на полную адекватность информации. Всегда присутствует некоторая степень неопределенности. От степени адекватности информации реальному состоянию объекта или процесса зависит правильность принятия решений человеком.
Адекватность информации может выражаться в трех формах: семантической, синтаксической, прагматической.
Синтаксическая адекватность. Она отображает формально-структурные характеристики информации и не затрагивает ее смыслового содержания. На синтаксическом уровне учитываются тип носителя и способ представления информации, скорость передачи и обработки, размеры кодов представления информации, надежность и точность преобразования этих кодов и т.п. Информацию, рассматриваемую только с синтаксических позиций, обычно называют данными, так как при этом не имеет значения смысловая сторона.
Семантическая (смысловая) адекватность. Эта форма определяет степень соответствия образа объекта и самого объекта. Семантический аспект предполагает учет смыслового содержания информации. Эта форма служит для формирования понятий и представлений, выявления смысла, содержания информации и ее обобщения.
Прагматическая (потребительская) адекватность. Прагматический аспект рассмотрения связан с ценностью, полезностью использования информации при выработке потребителем решения для достижения своей цели. С этой точки зрения анализируются потребительские свойства информации. Эта форма адекватности непосредственно связана с практическим использованием информации.


1.2. Измерение и представление информации. Меры информации на синтаксическом, семантическом и прагматическом уровнях.


Для измерения информации вводятся два параметра: количество информации 13 EMBED Equation.3 1415 и объем данных 13 EMBED Equation.3 1415.
Эти параметры имеют разные выражения и интерпретацию в зависимости от рассматриваемой формы адекватности. Каждой форме адекватности соответствует своя мера количества информации и объема данных (рис.).



Синтаксическая мера информации
Эта мера количества информации оперирует с обезличенной информацией, не выражающей смыслового отношения к объекту.
Объем данных 13 EMBED Equation.3 1415 в сообщении измеряется количеством символов (разрядов) в этом сообщении. В различных системах счисления один разряд имеет различный вес и соответственно меняется единица измерения данных:

· в двоичной системе счисления единица измерения бит (bit binary digit двоичный разряд);

· в десятичной системе счисления единица измерения дит (десятичный разряд).

Количество информации 13 EMBED Equation.3 1415 на синтаксическом уровне связано с понятием неопределенности состояния системы (энтропии системы). Действительно, получение информации о какой-либо системе всегда связано с изменением степени неосведомленности получателя о состоянии этой системы. Рассмотрим это понятие.

Пусть до получения информации потребитель имеет некоторые предварительные (априорные) сведения о системе 13 EMBED Equation.3 1415. Мерой его неосведомленности о системе является функция 13 EMBED Equation.3 1415, которая в то же время служит и мерой неопределенности состояния системы.
После получения некоторого сообщения 13 EMBED Equation.3 1415 получатель приобрел некоторую дополнительную информацию 13 EMBED Equation.3 1415, уменьшившую его априорную неосведомленность так, что неопределенность состояния системы стала 13 EMBED Equation.3 1415.
Тогда количество информации 13 EMBED Equation.3 1415 о системе, полученной в сообщении 13 EMBED Equation.3 1415, определится как
13 EMBED Equation.3 1415
т.е. количество информации измеряется изменением (уменьшением) неопределенности состояния системы.
Если конечная неопределенность 13 EMBED Equation.3 1415 обратится в нуль, то первоначальное неполное знание заменится полным знанием и количество информации 13 EMBED Equation.3 1415. Иными словами, энтропия системы 13 EMBED Equation.3 1415 может рассматриваться как мера недостающей информации.
Часто информация кодируется числовыми кодами в той или иной системе счисления, особенно это актуально при представлении информации в компьютере
Семантическая мера информации
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. Для этого используется понятие тезаурус пользователя.
Тезаурус это совокупность сведений, которыми располагает пользователь или система.
В зависимости от соотношений между смысловым содержанием информации 13 EMBED Equation.3 1415 и тезаурусом пользователя 13 EMBED Equation.3 1415 изменяется количество семантической информации 13 EMBED Equation.3 1415, воспринимаемой пользователем и включаемой им в дальнейшем в свой тезаурус. Характер такой зависимости показан на рис.
Здесь возможно два предельных случая, когда количество семантической информации 13 EMBED Equation.3 1415 равно 0:
при 13 EMBED Equation.3 1415 пользователь не воспринимает, не понимает поступающую информацию;
при 13 EMBED Equation.3 1415 пользователь все знает, и поступающая информация ему не нужна.

Максимальное количество семантической информации 13 EMBED Equation.3 1415 потребитель приобретает при согласовании ее смыслового содержания 13 EMBED Equation.3 1415 со своим тезаурусом 13 EMBED Equation.3 1415 (13 EMBED Equation.3 1415), когда поступающая информация понятна пользователю и несет ему ранее не известные (отсутствующие в его тезаурусе) сведения.
Следовательно, количество семантической информации в сообщении, количество новых знаний, получаемых пользователем, является величиной относительной. Одно и то же сообщение может иметь смысловое содержание для компетентного пользователя и быть бессмысленным (семантический шум) для пользователя некомпетентного.
При оценке семантического (содержательного) аспекта информации необходимо стремиться к согласованию величин 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415.
Относительной мерой количества семантической информации может служить коэффициент содержательности 13 EMBED Equation.3 1415, который определяется как отношение количества семантической информации к ее объему:
13 EMBED Equation.3 1415.
Прагматическая мера информации
Эта мера определяет полезность информации (ценность) для достижения пользователем поставленной цели. Эта мера также величина относительная, обусловленная особенностями использования этой информации в той или иной системе.


1.3. Системы счисления.

1.4. Представление числовой информации.


1.5. Представление символьной информации.
Для кодирования символьной или текстовой информации применяются различные системы: при вводе информации с клавиатуры кодирование происходит при нажатии клавиши, на которой изображен требуемый символ, при этом в клавиатуре вырабатывается так называемый scan-код, представляющий собой двоичное число, равное порядковому номеру клавиши.
Номер нажатой клавиши никак не связан с формой символа, нанесенного на клавише. Опознание символа и присвоение ему внутреннего кода ЭВМ производятся специальной программой по специальным таблицам: ДКОИ, КОИ-7, ASCII.
Кодировка ASCII
Всего существует множество кодировочных таблиц. Рассмотрим сначала кодировочную таблицу ASCII (ASCII - American Standard Code for Information Interchange - Американский стандартный код для обмена информацией). Эта кодировка является наиболее известной. На практике обычно не бывает проблем с кодированием англоязычных текстов, поскольку первая половина кодировки стандартизована, но, к сожалению, для кодировки русских букв существует несколько кодировочных таблиц, что иногда создает проблемы при работе с текстами. 
Всего с помощью таблицы кодирования ASCII (табл.) можно закодировать 256 различных символов. Эта таблица разделена на две части: основную и дополнительную. Для кодировки одного символа из таблицы отводится 8 бит. При обработке текстовой информации один байт может содержать код некоторого символа - буквы, цифры, знака пунктуации, знака действия и т.д. Каждому символу соответствует свой код в виде целого числа. Один байт как набор восьми битов позволяет закодировать 256 символов, что вполне достаточно для работы сразу с двумя обычными языками, например английским и русским. При этом все коды собираются в специальные таблицы, называемые кодировочными. С их помощью производится преобразование кода символа в его видимое представление на экране монитора. В результате любой текст в памяти компьютера представляется как последовательность байтов с кодами символов. Например, слово hello! будет закодировано следующим образом (см. табл. 1):

Таблица 1. Кодирование символьной информации.
Символ
h
e
l
l
o
!

Код
двоичный
01001000
01100101
01101100
01101100
01101111
00100001

Код десятичный
72
101
108
108
111
33

На рис. 2 представлены символы, входящие в стандартную (английскую) и расширенную (русскую) кодировку ASCII.
 
Таблица кодировки текстовой информации ASCII.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис. 2.
Первая половина таблицы ASCII стандартизована. Она содержит управляющие коды (от 00h до 20h и 77h). Эти коды из таблицы изъяты, так как они не относятся к текстовым элементам. Здесь же размещаются знаки пунктуации и математические знаки: 2lh - !, 26h - &, 28h - (, 2Bh -+,..., большие и малые латинские буквы: 41h - A, 61h - а,...
Вторая половина таблицы содержит национальные шрифты, символы псевдографики, из которых могут быть построены таблицы, специальные математические знаки. Нижнюю часть таблицы кодировок можно заменять, используя соответствующие драйверы - управляющие вспомогательные программы. Этот прием позволяет применять несколько шрифтов и их гарнитур.
Дисплей по каждому коду символа должен вывести на экран изображение символа - не просто цифровой код, а соответствующую ему картинку, так как каждый символ имеет свою форму.
Описание формы каждого символа хранится в специальной памяти дисплея - знакогенераторе. Высвечивание символа на экране дисплея IBМ PC осуществляется с помощью точек, образующих символьную матрицу. Каждый пиксель в такой матрице является элементом изображения и может быть ярким или темным. Темная точка кодируется цифрой 0, светлая (яркая)- 1. Если изображать в матричном поле знака темные пиксели точкой, а светлые - звездочкой, то можно графически изобразить форму символа.
Люди в разных странах используют символы для записи слов их родных зыков.
Существует более 256 символов в мире (если учесть кириллицу, арабский, китайский, японский, корейский и тайский языки), а также появляются все новые и новые символы.
И это создает следующие проблемы для многих пользователей:
- невозможно использовать символы различных наборов кодировок в одном и том же документе.
- так как каждый текстовый документ использует свой собственный набор кодировок, то возникают большие трудности с автоматическим распознаванием текста.
- появляются новые символы (например: Евро), вследствие чего ISO разрабатывает новый стандарт ISO-8859-15, который весьма схож со стандартом ISO-8859-1.
Разница состоит в следующем: из таблицы кодировки старого стандарта ISO-8859-1 были убраны символы обозначения старых валют, которые не используются в настоящее время, для того, чтобы освободить место под вновь появившиеся символы (такие, как Евро). В результате у пользователей могут лежать одни и те же документы, но в разных кодировках.
Решением этих проблем является принятие единого международного набора кодировок, который называется универсальным кодированием или Unicode.
Данная кодировка решает пользовательские проблемы.
Стандарт Unicode был разработан с целью создания единой кодировки символов всех современных и многих древних письменных языков. Еще одним важным отличием Unicode от других систем кодировки является то, что он не только приписывает каждому символу уникальный код, но и определяет различные характеристики  этого символа, например:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]    тип символа (прописная буква, строчная буква, цифра, знак препинания и т.д.);
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]    атрибуты символа (отображение слева направо или справа налево, пробел, разрыв строки и т.д.);
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]    соответствующая прописная или строчная буква (для строчных и прописных букв соответственно);
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]    соответствующее числовое значение (для цифровых символов).
Весь диапазон кодов от 0 до FFFF разбит на несколько стандартных подмножеств, каждое из которых соответствует либо алфавиту какого-то языка, либо группе специальных символов, сходных по своим функциям. На приведенной ниже схеме содержится общий перечень подмножеств Unicode 3.0.
Кодировка Unicode 3.0.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис. 3.
 
Стандарт Unicode является основой для хранения и текста во многих современных компьютерных системах. Однако, он не совместим с большинством Интернет-протоколов, поскольку его коды могут содержать любые байтовые значения, а протоколы обычно используют байты 00 - 1F и FE - FF в качестве служебных.
Для достижения совместимости были разработаны несколько форматов преобразования Unicode:
UTF-8: 128 символов кодируются одним байтом (формат ASCII), 1920 символов кодируются 2-мя байтами ((Roman, Greek, Cyrillic, Coptic, Armenian, Hebrew, Arabic символы), 63488 символов кодируются 3-мя байтами (Китайский, японский и др.) Оставшиеся 2 147 418 112 символы (еще не использованы) могут быть закодированы 4, 5 или 6-ю байтами.
UCS-2: Каждый символ представлен 2-мя байтами. Данная кодировка включает  лишь первые 65 535 символов из формата Unicode.
UTF-16:Является расширением UCS-2, включает 1 114 112 символов формата Unicode. Первые 65 535 символов представлены 2-мя байтами, остальные - 4-мя байтами.
USC-4: Каждый символ кодируется 4-мя байтами.
На сегодня наиболее распространенным является UTF-8.
Формат UTF-16: Дальнейшее развитие стандарта Unicode связано с добавлением новых языковых плоскостей, т.е. символов в диапазонах 10000 - 1FFFF, 20000 - 2FFFF и т.д., куда предполагается включать кодировку для письменностей мертвых языков, не попавших в таблицу, приведенную выше. Для кодирования этих дополнительных символов был разработан новый формат UTF-16.

Представление графической информации (см. слайды).

Представление звуковой информации.
Компьютерные способы хранения и обработки звуковой информации получают в последнее время все большее распространение. Звукооператоры увидели в компьютере мощное средство для более комфортной реализации своих традиционных функций и, самое главное, множество принципиально новых, ранее неизвестных возможностей.
Действительно, современный компьютер может служить хорошей аппаратной основой для обработки звуковой информации: характерная (тактовая) частота последних процессоров превышает максимальные звуковые частоты не менее чем на 5 порядков, так что при такой скорости можно организовать весьма сложную обработку данных, включая автоматические преобразования в масштабе реального времени.
Итак, рассмотрим интересный и все чаще используемый на практике процесс кодирования звуковой информации подробнее.
Из курса физики известно, что звук есть колебания среды. В повседневной жизни средой чаще всего является воздух, но это совсем не обязательно. Например, звук прекрасно распространяется по поверхности земли: именно поэтому в приключенческих фильмах герои, стараясь услышать шум погони, прикладывают ухо к земле. Напротив, существует весьма эффектный школьный физический опыт, который показывает, что при откачивании воздуха мы перестаем слышать звук находящегося под герметичным колпаком звонка. “Не может быть никакого звука в вакууме и на поверхности Луны в космосе царит тишина, вопреки попыткам группы специальных эффектов Голливуда убедить нас в обратном путем имитирования грохота космических кораблей и взрывов, от которых вы подпрыгиваете на стуле” [1].
Чаще всего звуковые колебания с помощью микрофона легко преобразуются в электрические. Сигнал от микрофона очень слаб и нуждается в усилении, что на современном уровне развития техники проблемы также не представляет. Форму полученных колебаний, т.е. зависимость интенсивности сигнала от времени, можно наблюдать на экране осциллографа (к сожалению, для получения наглядной устойчивой картины сигнал должен быть периодическим!).
Примечание. Некоторое представление о форме звукового сигнала можно легко получить, настроив соответствующим образом Windows Media Player. Для наблюдения лучше использовать максимально простые периодические звуки, например, старые записи соло электромузыкальных инструментов (рис.).
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]

Раньше, в эпоху аналоговой записи звука, для сохранения полученного электрического сигнала его преобразовывали в ту или иную форму другой физической природы, которая зависела от применяемого носителя. Например, при изготовлении грампластинок сигнал вызывал механические изменения размеров звуковой дорожки, а для старых киноаппаратов звук на пленку наносился оптическим методом; наибольшее распространение в быту получил процесс магнитной звукозаписи. Во всех случаях интенсивность звука была строго пропорциональна какой-либо величине, например, ширине оптической звуковой дорожки, причем эта величина имела непрерывный диапазон значений.
Переход к записи звука в компьютерном виде потребовал принципиально новых подходов. Дело в том, что при цифровой записи зависимости интенсивности звука от времени возникает принципиальная трудность: исходный сигнал непрерывен, а компьютер способен хранить в памяти только дискретные. Отсюда следует, что в процессе сохранения звуковой информации она должна быть “оцифрована”, т.е. из аналоговой непрерывной формы переведена в цифровую дискретную. Данную функцию выполняет специальный блок, входящий в состав звуковой карты компьютера, который называется АЦП  аналого-цифровой преобразователь.
Каковы основные принципы работы АЦП?
Во-первых, АЦП производит дискретизацию записываемого звукового сигнала по времени. Это означает, что измерение уровня интенсивности звука ведется не непрерывно, а, напротив, в определенные фиксированные моменты времени (удобнее, разумеется, через равные временные промежутки). Частоту, характеризующую периодичность измерения звукового сигнала, принято называть частотой дискретизации. Вопрос о ее выборе не праздный, и ответ в значительной степени зависит от частотного спектра сохраняемого сигнала: существует специальная теорема Найквиста, согласно которой частота оцифровки звука должна как минимум в 2 раза превышать максимальную частоту, входящую в состав спектра сигнала. Считается, что редкий человек слышит звук частотой более 20 000 Гц = 20 кГц; поэтому для высококачественного воспроизведения звука верхнюю границу обычно с некоторым запасом принимают равной 22 кГц. Отсюда немедленно следует, что частота при таких требованиях должна быть не ниже 44 кГц3. Названная частота используется, в частности, при записи музыкальных компакт-дисков. Однако часто такое высокое качество не требуется, и частоту дискретизации можно значительно снизить. Например, при записи речи вполне достаточно частоты 8 кГц. Результат при этом получается хотя и не блестящий, но вполне разборчивый вспомните, как вы легко различаете голоса своих друзей по телефону. Хотя качество воспроизведения тем лучше, чем выше частота дискретизации, но и объем звуковых данных при этом тоже возрастает, так что оптимального “на все случаи” значения частоты не существует.
Во-вторых, АЦП производит дискретизацию амплитуды звукового сигнала. Это следует понимать так, что при измерении имеется “сетка” стандартных уровней (например, 256 или 65 536  это количество характеризует глубину кодирования), и текущий уровень измеряемого сигнала округляется до ближайшего из них. Напрашивается линейная зависимость между величиной входного сигнала и номером уровня. Иными словами, если громкость возрастает в 2 раза, то интуитивно ожидается, что и соответствующее ему число возрастет вдвое. В простейших случаях так и делается, но, как показывает более детальное рассмотрение, это не самое лучшее решение. Проблема в том, что в широком диапазоне громкости звука человеческое ухо не является линейным. Например, при очень громких звуках (когда “уши закладывает”) увеличение или уменьшение интенсивности звука почти не дает эффекта, в то время как при восприятии шепота очень незначительное падение уровня может приводить к полной потере разборчивости. Поэтому при записи цифрового звука, особенно при 8-битном кодировании, часто используют различные неравномерные распределения уровней громкости, в основе которых лежит логарифмический закон (m-law, A-law и другие; впечатляющие формулы для них можно посмотреть в книге [4]).
В качестве практической иллюстрации к проблеме выбора параметров цифровой записи звука можно заглянуть в списки форматов и атрибутов программы “Звукозапись”, входящей в состав Windows (для получения изображенного на рис. диалогового окна необходимо в меню Файл программы выбрать пункт Свойства).
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис.
Итак, в ходе оцифровки звука мы получаем поток целых чисел, причем "величина числа соответствует силе звука в данный момент" [1]. На рис приведенное выше описание процесса дискретизации проиллюстрировано графически:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис.
На рисунке представлен процесс оцифровки зависимости интенсивности звукового сигнала I от времени t. Отчетливо видна дискретизация по времени (равномерные отсчеты на горизонтальной оси) и по интенсивности (требуемое при этом округление схематически изображено “изломами” горизонтальных линий разметки). Подчеркнем, что на рисунке степень дискретизации для наглядности сознательно утрирована: реально различие между соседними значениями по обеим осям значительно меньше и, следовательно, форма сигнала передается гораздо точнее.
Мы рассмотрели лишь наиболее общие принципы записи цифрового звука. На практике для получения качественных звуковых файлов используется целый ряд дополнительных технических приемов.
Изложенный метод преобразования звуковой информации с целью хранения в памяти компьютера в очередной раз подтверждает уже неоднократно обсуждавшийся ранее тезис: любая информация в компьютере приводится к числовой форме и затем переводится в двоичную систему. Теперь мы знаем, что и звуковая информация не является исключением из этого фундаментального правила.
При воспроизведении записанного в компьютерный файл звука производится преобразование в противоположном направлении  из дискретной цифровой формы представления сигнала в непрерывную аналоговую, поэтому вполне естественно соответствующий узел компьютерного устройства называется ЦАП  цифроаналоговый преобразователь. В разных звуковых картах для восстановления звукового сигнала могут использоваться различные способы. Наиболее наглядный и понятный из них состоит в том, что по имеющимся соседним точкам рассчитывается некоторая гладкая функция, проходящая через заданные точки, которая и принимается в качестве формы аналогового сигнала.
Результаты дискретизации звуковой информации, как и все остальные компьютерные данные, сохраняются на внешних носителях в виде файлов. Звуковые файлы могут иметь различные форматы.
Формат WAVE (WAV). Стандартный формат файлов для хранения звука в системе Windows. Звуковые файлы WAV, как правило, более просты и имеют только один блок формата и один блок данных. В первом содержится общая информация об оцифрованном звуке (число каналов, частота дискретизации, характер зависимости громкости и т.д.), а во втором  сами числовые данные. При стереозаписи числа группируются парами для левого и правого канала соответственно. Такая, казалось бы, излишняя структурированность позволяет программному обеспечению оптимизировать процесс передачи данных при воспроизведении, но, как в подобных случаях всегда бывает, выигрыш во времени приводит к существенному увеличению размера файла.
Формат MP3 (MPEG). Это один из форматов хранения аудиосигнала, позднее утвержденный как часть стандартов сжатого видео. Природа получения данного формата во многом аналогична сжатию графических данных по технологии JPEG. Поскольку произвольные звуковые данные обратимыми методами сжимаются недостаточно хорошо, приходится переходить к методам необратимым: иными словами, базируясь на знаниях о свойствах человеческого слуха, звуковая информация “подправляется” так, чтобы возникшие искажения на слух были незаметны, но полученные данные лучше сжимались традиционными способами. Это называется адаптивным кодированием и позволяет экономить на наименее значимых с точки зрения восприятия человека деталях звучания. Приемы, применяемые в MP3, непросты для понимания и опираются на достаточно сложную математику, но зато обеспечивают очень значительный эффект сжатия звуковой информации. Успехи технологии MP3 привели к тому, что ее применяют сейчас и во многих бытовых звуковых устройствах, например, плеерах и сотовых телефонах.
Формат MIDI. Название MIDI есть сокращение от Musical Instrument Digital Interface, т.е. цифровой интерфейс для музыкальных инструментов. Это довольно старый (1983 г.) стандарт, объединяющий разнообразное музыкальное оборудование (синтезаторы, ударные, освещение). MIDI базируется на пакетах данных, каждый из которых соответствует некоторому событию, в частности, нажатию клавиши или установке режима звучания. Любое событие может одновременно управлять несколькими каналами, каждый из которых относится к определенному оборудованию. Несмотря на свое изначальное предназначение, формат файла стал стандартным для музыкальных данных, которые при желании можно проигрывать с помощью звуковой карты компьютера безо всякого внешнего MIDI-оборудования. Главным преимуществом файлов MIDI является их очень небольшой размер, поскольку это не детальная запись звука, а фактически некоторый расширенный электронный эквивалент традиционной нотной записи. Но это же свойство одновременно является и недостатком: поскольку звук не детализирован, то звук того или иного оборудования будет воспроизводиться искаженно и далеко от оригинального, что в принципе может даже заметно исказить авторский музыкальный замысел.
Формат MOD. Представляет собой дальнейшее развитие идеологии MIDI-файлов. Известные как “модули программ воспроизведения”, они хранят в себе не только “электронные ноты”, но и образцы оцифрованного звука, которые используются как шаблоны индивидуальных нот. Таким способом достигается однозначность воспроизведения звука. К недостаткам формата следует отнести большие затраты времени при наложении друг на друга шаблонов одновременно звучащих нот.
Итак, при обработке звука на компьютере можно воспользоваться уже имеющимися звуковыми файлами, а можно создать (ввести) их самостоятельно. Любые используемые файлы, даже сделанные специально для данного проекта, не всегда полностью соответствуют его потребностям. Для приведения

Приложенные файлы

  • doc 16674218
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий