В основе всех компьютерных устройств с помощью которых происходит хранение и обработка информации
Обновлено: 06.07.2024
Теоретический материал для самостоятельного изучения:
В основе любой информационной деятельности лежат так называемые информационные процессы — совокупность последовательных действий (операций), производимых над информацией для получения какого-либо результата (достижения цели). Информационные процессы могут быть различными, но все их можно свести к трем основным: обработка информации, передача информации и хранение информации.
Обработка информации
Обработка информации — это целенаправленный процесс изменения формы ее представления или содержания.
Из курса информатики основной школы вам известно, что существует два различных типа обработки информации:
- обработка, связанная с получением новой информации (например, нахождение ответа при решении математической задачи; логические рассуждения и др.);
- обработка, связанная с изменением формы представления информации, не изменяющая ее содержания. К этому типу относятся:
— кодирование — переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для восприятия, хранения, передачи или последующей обработки; один из вариантов кодирования — шифрование, цель которого — скрыть смысл информации от посторонних;
— структурирование — организация информации по некоторому правилу, связывающему ее в единое целое (например, сортировка);
— поиск и отбор информации, требуемой для решения некоторой задачи, из информационного массива (например, поиск в словаре).
Общая схема обработки информации может быть представлена следующим образом:
Исходные данные — это информация, которая подвергается обработке.
Правила — это информация процедурного типа. Они содержат сведения для исполнителя о том, какие действия требуется выполнить, чтобы решить задачу.
Исполнитель — тот объект, который осуществляет обработку. Это может быть человек или компьютер. При этом человек, как правило, является неформальным, творчески действующим исполнителем. Компьютер же способен работать только в строгом соответствии с правилами, т.е. является формальным исполнителем обработки информации.
Рассмотрим отдельные процессы обработки информации более подробно.
Кодирование информации
Кодирование информации — это обработка информации, заключающаяся в ее преобразовании в некоторую форму, удобную для хранения, передачи, обработки информации в дальнейшем.
Код — это система условных обозначений (кодовых слов), используемых для представления информации.
Кодовая таблица — это совокупность используемых кодовых слов и их значений.
Нам уже знакомы примеры равномерных двоичных кодов — пятиразрядный код Бодо и восьмиразрядный код ASCII.
Самый известный пример неравномерного кода — код Морзе. В этом коде все буквы и цифры кодируются в виде различных последовательностей точек и тире.
Чтобы отделить коды букв друг от друга, вводят еще один символ — пробел (пауза). Например, слово «byte», закодированное с помощью кода Морзе, выглядит следующим образом:
При использовании неравномерных кодов важно понимать, сколько различных кодовых слов они позволяют построить.
Пример 1. Имеющаяся информация должна быть закодирована в четырехбуквенном алфавите . Выясним, сколько существует различных последовательностей из 7 символов этого алфавита, которые содержат ровно пять букв А.
Нас интересует семибуквенная последовательность, т. е.
Если бы у нас не было условия, что в ней должны содержаться ровно пять букв А, то для первого символа было бы 4 варианта, для второго — тоже 4, и т. д.
Тогда мы получили бы: 4 · 4 · 4 · 4 · 4 · 4 · 4 = 16384 варианта.
Теперь вернемся к имеющемуся условию и заполним пять первых мест буквой А. Получим:
Так как на 6-м и 7-м местах могут стоять любые из трех оставшихся букв B, C, D, то всего существует 9 (3 · 3) вариантов последовательностей.
Но ведь буквы А могут находиться на любых пяти из семи имеющихся позиций. А сколько таких вариантов всего?
Префиксный код — код со словом переменной длины, обладающий тем свойством, что никакое его кодовое слово не может быть началом другого (более длинного) кодового слова.
- Код, состоящий из слов 0, 10 и 11, является префиксным.
- Код, состоящий из слов 0, 10, 11 и 100, не является префиксным.
Также достаточным условием однозначного декодирования неравномерного код является обратное условие Фано. В нем требуется, чтобы никакой код не был окончанием другого (более длинного) кода.
Пример 2. Двоичные коды для 5 букв латинского алфавита представлены в таблице:
Можно заметить, что для заданных кодов не выполняется прямое условие Фано:
B=01, E=011, и D=10, C=100.
А вот обратное условие Фано выполняется: никакое кодовое слово не является окончанием другого. Следовательно, имеющуюся строку нужно декодировать справа налево (с конца). Получим
01 10 100 011 000 = BDCEA
Для построения префиксных кодов удобно использовать бинарные деревья, в которых от каждого узла отходят только два ребра, помеченные цифрами 0 и 1.
Пример 3. Для кодирования некоторой последовательности, состоящей из букв А, Б, В и Г, решили использовать неравномерный двоичный код, позволяющий однозначно декодировать полученную двоичную последовательность. При этом используются такие кодовые слова: А — 0, Б — 10, В — 110. Каким кодовым словом может быть закодирована буква Г? Если таких слов несколько, укажите кратчайшее из них.
Построим бинарное дерево:
Чтобы найти код символа, нужно пройти по стрелкам от корня дерева к нужному листу, выписывая метки стрелок, по которым мы переходим.
Определим положение букв А, Б и В на этом дереве, зная их коды. Получим:
Чтобы код был префиксным, ни один символ не должен лежать на пути от корня к другому символу. Уберем лишние стрелки:
На получившемся дереве можно определить подходящее расположение буквы Г и его код.
Поиск информации
Задача поиска обычно формулируется следующим образом. Имеется некоторое хранилище информации — информационный массив (телефонный справочник, словарь, расписание поездов, диск с файлами и др.). Требуется найти в нем информацию, удовлетворяющую определенным условиям поиска (телефон какой-то организации, перевод слова, время отправления поезда, нужную фотографию и т. д.). При этом, как правило, необходимо сократить время поиска, которое зависит от способа организации данных и используемого алгоритма поиска.
Алгоритм поиска, в свою очередь, также зависит от способа организации данных.
Если данные никак не упорядочены, то мы имеем дело с неструктурированным набором данных. Для осуществления поиска в таком наборе применяется метод последовательного перебора.
При последовательном переборе просматриваются все элементы подряд, начиная с первого. Поиск при этом завершается в двух случаях:
— искомый элемент найден;
— просмотрен весь набор данных, но искомого элемента среди них не нашлось.
— искомый элемент оказался первым среди просматриваемых. Тогда просмотр всего один;
Если же информация упорядочена, то мы имеем дело со структурой данных, в которой поиск осуществляется быстрее, можно построить оптимальный алгоритм.
Одним из оптимальных алгоритмов поиска в структурированном наборе данных может быть метод половинного деления.
Напомним, что при этом методе искомый элемент сначала сравнивается с центральным элементом последовательности. Если искомый элемент меньше центрального, то поиск продолжается аналогичным образом в левой части последовательности. Если больше, то — в правой. Если же значения искомого и центрального элемента совпадают, то поиск завершается.
Пример 4. В последовательности чисел 61 87 180 201 208 230 290 345 367 389 456 478 523 567 590 требуется найти число 180.
Процесс поиска представлен на схеме:
Передача информации
Передача информации — это процесс распространения информации от источника к приемнику через определенный канал связи.
На рисунке представлена схема модели процесса передачи информации по техническим каналам связи, предложенная Клодом Шенноном.
Работу такой схемы можно пояснить на примере записи речи человека с помощью микрофона на компьютер.
Источником информации является говорящий человек. Кодирующим устройством — микрофон, с помощью которого звуковые волны (речь) преобразуются в электрические сигналы. Канал связи — провода, соединяющие микрофон и компьютер. Декодирующее устройство — звуковая плата компьютера. Приемник информации — жесткий диск компьютера.
При передаче сигнала могут возникать разного рода помехи, которые искажают передаваемый сигнал и приводят к потере информации. Их называют «шумом».
В современных технических системах связи борьба с шумом (защита от шума) осуществляется по следующим двум направлениям:
Но чрезмерная избыточность приводит к задержкам и удорожанию связи. Поэтому очень важно иметь алгоритмы получения оптимального кода, одновременно обеспечивающего минимальную избыточность передаваемой информации и максимальную достоверность принятой информации.
Важной характеристикой современных технических каналов передачи информации является их пропускная способность — максимально возможная скорость передачи информации, измеряемая в битах в секунду (бит/с). Пропускная способность канала связи зависит от свойств используемых носителей (электрический ток, радиоволны, свет). Так, каналы связи, использующие оптоволоконные кабели и радиосвязь, обладают пропускной способностью, в тысячи раз превышающей пропускную способность телефонных линий.
Современные технические каналы связи обладают, перед ранее известными, целым рядом достоинств:
— высокая пропускная способность, обеспечиваемая свойствами используемых носителей;
— надёжность, связанная с использованием параллельных каналов связи;
— помехозащищённость, основанная на автоматических системах проверки целостности переданной информации;
— универсальность используемого двоичного кода, позволяющего передавать любую информацию — текст, изображение, звук.
Объём переданной информации I вычисляется по формуле:
где v — пропускная способность канала (в битах в секунду), а t — время передачи.
Рассмотрим пример решения задачи, имеющей отношение к процессу передачи информации.
Пример 5. Документ объемом 10 Мбайт можно передать с одного компьютера на другой двумя способами.
А. Передать по каналу связи без использования архиватора.
Б. Сжать архиватором, передать архив по каналу связи, распаковать.
Какой способ быстрее и насколько, если:
— средняя скорость передачи данных по каналу связи составляет 2 18 бит/с;
— объем сжатого архиватором документа равен 25% от исходного объема;
— время, требуемое на сжатие документа — 5 секунд, на распаковку — 3 секунды?
Для решения данной задачи диаграмма Гантта не нужна; достаточно выполнить расчёты для каждого из имеющихся вариантов передачи информации.
Рассмотрим вариант А. Длительность передачи информации в этом случае составит:
Рассмотрим вариант Б. Длительность передачи информации в этом случае составит:
Итак, вариант Б быстрее на 232 с.
Хранение информации
Сохранить информацию — значит тем или иным способом зафиксировать её на некотором носителе.
Носитель информации — это материальная среда, используемая для записи и хранения информации.
Основным носителем информации для человека является его собственная память. По отношению к человеку все прочие виды носителей информации можно назвать внешними.
Основное свойство человеческой памяти — быстрота, оперативность воспроизведения хранящейся в ней информации. Но наша память не надёжна: человеку свойственно забывать информацию. Именно для более надёжного хранения информации человек использует внешние носители, организует внешние хранилища информации.
Виды внешних носителей менялись со временем: в древности это были камень, дерево, папирус, кожа и др. Долгие годы основным носителем информации была бумага. Развитие компьютерной техники привело к созданию магнитных (магнитная лента, гибкий магнитный диск, жёсткий магнитный диск), оптических (CD, DVD, BD) и других современных носителей информации.
В последние годы появились и получили широкое распространение всевозможные мобильные электронные (цифровые) устройства: планшетные компьютеры, смартфоны, устройства для чтения электронных книг, GPS-навигаторы и др. Появление таких устройств стало возможно, в том числе, благодаря разработке принципиально новых носителей информации, которые:
- Обладают большой информационной ёмкостью при небольших физических размерах.
- Характеризуются низким энергопотреблением при работе, обеспечивая наряду с этим высокие скорости записи и чтения данных.
- Энергонезависимы при хранении.
- Имеют долгий срок службы.
Всеми этими качествами обладает флеш-память (англ. flash-memory). Выпуск построенных на их основе флеш-накопителей, называемых в просторечии «флэшками», был начат в 2000 году.
1) предложения на любом языке, содержание которого можно однозначно определить как истинное или ложное.
2) высказывания, которые обозначаются в алгебре логики при помощи букв.
3) цифры 0 и 1, которые обозначают значение логических величин.
Задание 2
Вопрос:
Продолжите предложение: "В основе всех компьютерный устройств, с помощью которых происходит хранение и обработка информации, лежит . "
Выберите один из 4 вариантов ответа:
1) программа для ввода данных.
2) аппарат алгебры логики.
3) логарифмический аппарат.
4) программа для вывода данных.
Задание 3
Вопрос:
Какие из перечисленных предложений относятся к высказываниям?
Выберите несколько из 5 вариантов ответа:
1) Минск - столица России.
3) Все птицы зимой улетают в тёплые края.
4) Если бросить камень левой рукой, то он улетит очень далеко.
5) Сколько времени?
Задание 4
Вопрос:
Соотнесите логические переменные с их значениями, если известно чему равны логические переменные.
Укажите соответствие для всех 6 вариантов ответа:
1) A = "Котёнок - это ребёнок кошки". | __ B = 1. |
2) A = "Равенства или неравенства, которые содержат в себе переменные, относятся к высказываниям". | __ C = 0. |
3) B . | __ B = 0. |
4) B = "Если переменные в неравенстве заменить цифрами, то оно становится высказыванием". | __ C = 1. |
5) C /filosofiya-sofistov/index.html" title="Философия Софистов">исходя из тех наук, к которым оно относится". | __ A = 1. |
6) C = "Числовые выражения также являются высказываниями". | __ A = 0. |
Задание 5
Вопрос:
Логические значения – это .
Выберите один из 3 вариантов ответа:
1) цифры 0 и 1, которые обозначают значение логических переменных.
2) выражения, которые обозначаются при помощи букв.
3) восклицательные, вопросительные или повествовательные предложения, которые изучает алгебра логики.
Задание 6
Вопрос:
Высказывание – это.
Выберите один из 3 вариантов ответа:
1) предложение на любом языке, содержание которого можно однозначно определить, как истинное или ложное.
2) предложение, в котором содержания мысли сопровождается выражением чувства говорящего.
3) единица языка, которая представляет собой грамматически организованное соединение слов (или слово), обладающее смысловой и интонационной законченностью.
Задание 7
Вопрос:
Какие из перечисленных высказываний являются ложными?
Выберите несколько из 4 вариантов ответа:
2) Обычно под целые числа выделяется 32 или 64 разряда.
3) Что изучает математика?
4) Обычно под вещественные числа выделяется 8, 16, 32 или 64 разряда.
Задание 8
Вопрос:
Какие из перечисленных высказываний являются истинными?
Выберите несколько из 4 вариантов ответа:
1) Русский алфавит содержит 33 буквы.
2) В алфавит двоичного системы счисления входит два числа: 1 и 2.
3) Это предложение содержит 5 слов.
4) Русский язык считается международным языком для всех стран.
Задание 9
Вопрос:
Алгебра логики – это .
Выберите один из 3 вариантов ответа:
1) раздел математики, который изучает уравнения, содержащие цифры и буквенные обозначения, представляющие величины, подлежащие определению.
2) раздел математики, в котором изучаются пространственные формы и законы их измерения.
3) раздел математической логики, который изучает высказывания, рассматриваемые со стороны их логических значений (истинности или ложности), и логические операции над ними.
Задание 10
Вопрос:
Какие равенства или неравенства являются высказываниями?
Выберите несколько из 5 вариантов ответа:
Переведите число 11 2 из двоичной системы счисления в десятичную и выберите верный вариант ответа.
Выберите один из 4 вариантов ответа:
Продолжите предложение: "Выделяют следующие системы счисления: . ".
Выберите один из 3 вариантов ответа:
1) алгоритмическая, унарная и непозиционные.
2) унарная, непозиционные и позиционные.
3) непозиционные и позиционные.
Переведите число 256 10 из десятичной системы счисления в двоичную и выберите верный вариант ответа.
Выберите один из 4 вариантов ответа:
Укажите верные утверждения.
Выберите несколько из 5 вариантов ответа:
1) Алфавит системы счисления – это совокупность чисел.
2) Унарная система счисления – это самая древняя и простейшая система счисления.
3) Узловые числа получаются в результате каких-либо операций из алгоритмических чисел.
4) Цифры – это знаки, с помощью которых записываются числа.
5) Алгоритмические числа получаются в результате каких-либо операций из узловых чисел.
Переведите число 7 10 из десятичной системы счисления в двоичную и выберите верный вариант ответа.
Выберите один из 4 вариантов ответа:
Непозиционная система счисления – это .
Выберите один из 3 вариантов ответа:
1) система счисления, в которой количественный эквивалент цифры зависит от её положения в записи числа.
2) самая простая система счисления из всех.
3) система счисления, в которой количественный эквивалент цифры в числе не зависит от её положения в записи числа.
Позиционная система счисления – это.
Выберите один из 3 вариантов ответа:
1) система счисления, в которой количественный эквивалент цифры не зависит от её положения в записи числа.
2) система счисления с основанием 10.
3) система счисления, в которой количественный эквивалент цифры зависит от её положения в записи числа.
Система счисления – это .
Выберите один из 3 вариантов ответа:
1) знаковая система, в которой приняты определённые правила записи чисел.
2) совокупность знаков.
3) совокупность правил написания чисел.
Выберите не верные утверждения.
Выберите несколько из 4 вариантов ответа:
1) Правило перевода натуральных двоичных чисел в десятичную систему счисления: необходимо делить число на десять до тех пор, пока частное не станет равным нулю. В результате нужно записать в одну строку, справа налево все остатки, начиная с последнего.
2) Правило перевода натуральных десятичных чисел в двоичную систему счисления: необходимо вычислить сумму степеней десяти, соответствующих единицам в свёрнутой форме записи десятичного числа.
3) Правило перевода натуральных десятичных чисел в двоичную систему счисления: необходимо делить число на два до тех пор, пока частное не станет равным нулю. В результате нужно записать в одну строку, справа налево все остатки, начиная с последнего.
4) Правило перевода натуральных двоичных чисел в десятичную систему счисления: необходимо вычислить сумму степеней двойки, соответствующих единицам в свёрнутой форме записи двоичного числа.
Переведите число 11001001 2 из двоичной системы счисления в десятичную и вберите верный вариант ответа.
Ответы 4
с хранением информации связаны следующие понятия: носитель информации (память) , внутренняя память, внешняя память, хранилище информации.
носитель информации – это среда, непосредственно хранящая информацию. память человека можно назвать оперативной памятью. заученные знания воспроизводятся человеком мгновенно. собственную память мы еще можем назвать внутренней памятью, поскольку ее носитель – мозг – находится внутри нас.
все прочие виды носителей информации можно назвать внешними (по отношению к человеку) : дерево, папирус, бумага и т. д. хранилище информации - это определенным образом организованная информация на внешних носителях, предназначенная для длительного хранения и постоянного использования (например, архивы документов, библиотеки, картотеки) . основной информационной единицей хранилища является определенный документ: анкета, книга и др. под организацией хранилища понимается наличие определенной структуры, т. е. , классификация хранимых документов для удобства работы с ними.
основные свойства хранилища информации: объем хранимой информации, надежность хранения, время доступа (т. е. время поиска нужных сведений) , наличие защиты информации.
информацию, хранимую на устройствах компьютерной памяти, принято называть данными. организованные хранилища данных на устройствах внешней памяти компьютера принято называть базами и банками данных.
в процессе обработки информации решается некоторая информационная , которая предварительно может быть поставлена в традиционной форме: дан некоторый набор исходных данных, требуется получить некоторые результаты. сам процесс перехода от исходных данных к результату и есть процесс обработки. объект или субъект, осуществляющий обработку, называют исполнителем обработки.
для успешного выполнения обработки информации исполнителю (человеку или устройству) должен быть известен алгоритм обработки, т. е. последовательность действий, которую нужно выполнить, чтобы достичь нужного результата.
различают два типа обработки информации. первый тип обработки: обработка, связанная с получением новой информации, нового содержания знаний (решение , анализ ситуации и др. ) . второй тип обработки: обработка, связанная с изменением формы, но не изменяющая содержания (например, перевод текста с одного языка на другой) .
важным видом обработки информации является кодирование – преобразование информации в символьную форму, удобную для ее хранения, передачи, обработки. кодирование активно используется в технических средствах работы с информацией (телеграф, радио, компьютеры) . другой вид обработки информации – структурирование данных (внесение определенного порядка в хранилище информации, классификация, каталогизация данных) .
ещё один вид обработки информации – поиск в некотором хранилище информации нужных данных, удовлетворяющих определенным условиям поиска (запросу) . алгоритм поиска зависит от способа организации информации.
Читайте также: