Файл: Конспект лекций по дисциплине информатика.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 03.05.2024

Просмотров: 32

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.


Нейрофизиология
Изучает информационные процессы в механизмах нервной деятельности животного и человека

Информация - содержание
сигналов электрохимической природы,
передающихся по нервным волокнам
организма

Генетика
Изучает механизмы наследственности, пользуется понятием «наследственная

информация»

Информация - содержание
генетического кода - структуры
молекул ДНК, входящих в состав
клетки живого организма

Философия
Атрибутивная концепция: Информация всеобщее свойство (атрибут) материи


Функциональная концепция: Информация и информационные процессы
присущи только живой природе, являются ее функцией


Антропоцентрическая концепция: Информация и информационные процессы присущи только челове

кС
Лекция 6. Основные информационные процессы.


  1. Хранение информации.

  2. Обработка информации.

  3. Передача информации.

  4. Поиск информации.


1. Хранение информации.

Существуют три вида информационных процессов: хранение, передача, обработка.

хранением информации связаны следующие понятия: носитель информации (память), внутренняя память, внешняя память, хранилище информации.

Носитель информации - это физическая 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 физический документ: анкета, книга и др. Под организацией хранилища понимается наличие определенной структуры, т.е. упорядоченность, 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.
2. Обработка информации.

Схема обработки информации:

Исходная информация - исполнитель обработки - итоговая информация.

В процессе обработки информации решается некоторая информационная задача, 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.

Различают два типа обработки информации. Первый тип обработки: обработка, связанная с получением новой информации, нового содержания знаний (решение математических задач, 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).
3. Передача информации.

Схема передачи информации:

Источник информации - информационный канал - приемник информации.

Информация представляется и передается в форме последовательности сигналов, символов. От источника к приёмнику сообщение передается через некоторую материальную среду. Если в процессе передачи используются технические средства связи, то их называют каналами передачи информации (информационными каналами). К ним относятся телефон, радио, ТВ. Органы чувств человека исполняют роль биологических информационных каналов.

Процесс передачи информации по техническим каналам связи проходит по следующей схеме (по Шеннону):



Термином «шум» называют разного рода помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере информации. Такие помехи, прежде всего, возникают по техническим причинам: плохое качество линий связи, незащищенность друг от друга различных потоков информации, передаваемой по одним и тем же каналам.

Скорость передачи информации - это информационный объем сообщения, передаваемого в единицу времени. Поэтому единицы измерения скорости информационного потока: бит/с, байт/с.

Еще одно понятие - пропускная способность информационных каналов. Технические линии информационной связи имеют предел скорости передачи данных. Причины этого носят физический характер.
4. Поиск информации.

Поиск информации - это извлечение хранимой информации. Методы поиска информации:

• непосредственное наблюдение;

•общение со специалистами по интересующему вас вопросу; •чтение соответствующей литературы; •просмотр видео, телепрограмм; •прослушивание радиопередач, аудиокассет;

• работа в библиотеках и архивах;

•запрос к информационным системам, базам и банкам компьютерных данных; Понять, что искать, столкнувшись с той или иной жизненной ситуацией, осуществить процесс поиска - вот умения, которые становятся решающими на пороге третьего тысячелетия.

Лекция 7. Системы счисления.

  1. Дискретное представление информации.

  2. Система счисления.


1. Дискретное представление информации.

Дискретное множество состоит из отделенных друг от друга элементов.

В компьютере для представления информации используется дискретное (цифровое) двоичное кодирование, так как удалось создать надежно работающие технические устройства, которые могут со стопроцентной надежностью сохранять и распознавать не более двух различных состояний (цифр):

  • электромагнитные реле - замкнуто/разомкнуто (широко использовались в первых ЭВМ);

  • участок поверхности магнитного носителя информации - намагничен/размагничен;

  • участок поверхности лазерного диска - отражает/не отражает;

  • триггер - может устойчиво находиться в одном из двух состояний, используется в оперативной памяти ПК.


Все виды информации в компьютере кодируются на машинном языке, в виде логических последовательностей нулей и единиц:

Вид

информаци

Информация в компьютере представлена в двоичном коде, алфавит которого состоит из двух цифр - 0 и 1. Цифра двоичной системы называется битом (от английских слов binarydigit-двоичная цифра).

Текстовая информация дискретна - состоит из отдельных знаков. За каждой буквой алфавита, цифрой, знаком препинания и иным символом закрепляется определенный двоичный код. В популярных системах кодировки (ASCII, KOI8, Windows, MS-DOS, Mac, ISO) каждый символ заменяется на 8-разрядное целое положительное двоичное число (1 байт). Это число является порядковым номером символа в кодовой таблице. Согласно главной формуле информатики N = 2I определяем, что размер алфавита, который можно закодировать,равен 2 = 256. Этого количества достаточно для размещения двух алфавитов естественных языков (английского и русского) и всех необходимых дополнительных символов.

Для обработки текстовой информации на компьютере необходимо представить ее в двоичной знаковой системе. Каждому знаку необходимо поставить в соответствие уникальный 8-битовый двоичный код, значения которого находятся в интервале от 00000000 до 11111111 (в десятичном коде от 0 до 255).

Поскольку в мире много языков и много алфавитов, то постепенно совершается переход на международную 16-битовую систему кодировки Unicode. В ней каждый символ занимает 2 байта, что обеспечивает 216 = 65 536 кодов для различных символов.

Такого количества символов оказалось достаточно, чтобы закодировать не только русский и латинский алфавиты, цифры, знаки и математические символы, но и греческий, арабский, иврит и другие алфавиты.

Принцип дискретности компьютерных данных справедлив и для графики. Здесь можно говорить о дискретном представлении изображений (рисунка, фотографии) и дискретности цвета.

Изображение на экране монитора дискретно. Оно составляется из отдельных точек, которые называются пикселями (pictureelements - элементы рисунка).

Пиксель — минимальный участок изображения, которому независимым образом можно задать цвет.

Пиксели столь близки друг к другу, что глаз не различает промежутков между ними, поэтому изображение воспринимается как непрерывное, сплошное.

В зависимости от того, на какое графическое разрешение экрана настроена операционная система компьютера, на экране могут размещаться изображения, имеющие размер 640х480, 800х600, 1024х768 и более пикселей. Такая прямоугольная матрица пикселей на экране компьютера называется растром. Важнейшей характеристикой качества растрового изображения является разрешающая способность.

Разрешающая способность растрового изображения определяется количеством точек по горизонтали и вертикали на единицу длины изображения.

При одних и тех же размерах экрана чем меньше размер точки, тем больше разрешающая способность (больше количество строк растра и точек в строке), и, соответственно, выше качество изображения. Величина разрешающей способности обычно выражается в dpi (dotsperinch — точек на дюйм), т. е. в количестве точек в полоске изображения длиной один дюйм (1 дюйм = 2,54 см).

Звук представляет собой распространяющуюся в воздухе, воде или другой среде волну с непрерывно меняющейся интенсивностью и частотой. Человек воспринимает звуковые волны (колебания воздуха) с помощью слуха в форме звуков различной громкости и тона, чем больше интенсивность звуковой волны, тем громче, звук, чем больше частота волны, тем выше тон звука.

Для того чтобы компьютер мог обрабатывать реальный (записанный) звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука.

Для записи аналогового звука и его преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. е. частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее «лесенка» цифрового звукового сигнала повторяет кривую аналогового сигнала.

Частота дискретизации звука — это количество измерений громкости звука за одну секунду.

Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от 8 000 до 50 000 измерений громкости звука за одну секунду.

Каждому уровню дискретизации присваивается определенное значение уровня громкости звука. Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний N, для кодирования которых необходимо определенное количество информации I, которое называется глубиной кодирования звука.

Глубина кодирования звука — это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.

Дискретное (цифровое) представление видеоинформации

В последнее время компьютер все чаще используется для работы с видеоинформацией. Простейшей такой работой является просмотр кинофильмов и видеоклипов.

Что представляет собой фильм с точки зрения информатики? Прежде всего, это сочетание звуковой и графической информации. Кроме того, для создания на экране эффекта движения используется дискретная технология быстрой смены статических картинок. Исследования показали, что если за одну секунду сменяется более 10-12 кадров, то человеческий глаз воспринимает изменения на них как непрерывные.

При использовании традиционных методов сохранения информации электронная версия фильма получается слишком большой. Способ уменьшения объема видео: первый кадр запоминается целиком (ключевой), а в следующих сохраняются только отличия от начального кадра (разностные кадры).
2. Система счисления.

Система счисления - это способ записи чисел с помощью заданного набора специальных знаков

(цифр).

Существуют позиционные и непозиционные системы счисления.

Непозиционные - римская система XXXII - независимо от того на каком месте стоит цифра Х она означает 10, т.е. не зависит от её позиции (места) в записи числа.

В позиционных системах счисления вес каждой цифры изменяется в зависимости от её положения (позиции) в последовательности цифр, изображающих числа.

757,7

7 - сотен 7 - единиц 7 - долей единиц Сама же запись числа 757,7 означает сокращённую запись выражения

700 + 50 + 7 + 0,7 = 7 • 10 2 + 5 • 101 + 7 • 100 + 7 • 10-1 = 757,7 Любая позиционная система счисления характеризуется своим основанием. Основания - это количество различных знаков или символов, используемых для изображения цифр в данной системе.

В десятичной основание 10 ( 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 )

Кроме десятичной широко используются системы с основанием, являющемся степенью 2:

  • двоичная ( используются цифры 0, 1 );

  • восьмеричная ( 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 );

  • шестнадцатеричная ( 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F )

Люди предпочитают десятичную систему, вероятно, потому что с древних времён считали по пальцам. Не всегда и везде люди используют десятичную систему. В Китае долгое время существовало пятеричная система счисления.

Почему в ЭВМ используется двоичная система счисления. Из всех систем наиболее проста и интересна для технической реализации в ЭВМ двоичная система счисления:

  • для её реализации нужны технические элементы с двумя возможными состояниями (есть ток, нет тока);

  • представление информации посредством двух состояний надёжной и помехоустойчиво;

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

  • двоичная арифметика проще десятичной;

  • двоичные таблицы + и * предельно просты.

Почему в ЭВМ используется восьмеричная и шестнадцатеричная системы.

Двоичная система удобна для ЭВМ, для человека неудобна из-за её громоздкости и непривычной записи. Перевод чисел из десятичной системы в двоичную и наоборот выполняет машина. Однако, чтобы профессионально использовать ЭВМ, следует научиться понимать слово машины. Для этого разработаны восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления.

Лекция 8. Арифметические основы работы компьютера.

  1. Арифметические операции в двоичной системе счисления.

  2. Арифметические операции в восьмеричной системе счисления.

  3. Арифметические операции в шестнадцатеричной системе счисления.


1. Арифметические операции в двоичной системе счисления.

В позиционной системе счисления с основанием p(p-ичной системе счисления) любое число Rможет быть представлено в виде:

a
_lP-1 +... + а_кр

к
, (1.1)

R{p) = aNPN + °N-lPN' + ■■■ V QlPl + ачРй

Величина pпоказывает, во сколько раз численное значение единицы данного разряда больше численного значения единицы предыдущего разряда. В вычислительной технике широко используются позиционные системы счисления (двоичная, восьмеричная, десятичная, шестнадцатеричный). Обычно в памяти ПЭВМ, на уровне аппаратной реализации, информация представляется в двоичной системе счисления.

В
двоичной системе счисления используются две - цифры 0 и 1. Основание двоичной системы счисления записывается в виде


двоичной системе



2
. Арифметические операции в восьмеричной системе счисления.

В восьмеричной системе счисления используются цифры 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. записывается в виде


Основание







П


риведем некоторые примеры выполнения основных операций счисления.

в

восьмеричной системе



3. Арифметические операции в шестнадцатеричной системе счисления.

В шестнадцатеричной системе счисления используются цифры 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и буквы А, В, C,D, Е, F. Основание шестнадцатеричной системы записывается в виде

16(ш) =16-10° =Ы6]+0-16° =ю(16).

Т
аблица 1.5. Шестнадцатеричная таблица сложения.


+
1
2
3
4
5
6
7
8
9
А
В
С
D
Е
F

1
2
3
4
5
б
7
8
9
А
В
С
D
Е
F
10

2
3
4



б
7
8
9
А
В
С
D
Е
F
10
11

3
4
5
6
7
8
9
А
В
С
D
Е
F
10
11
12

4
5
б
7
8
9
А
В
С
D
Е
F
10
11
12
13

















































5
6
7
8
9
А
В
С
D
Е
F
10
11
12
13
14

б
7
8
9
А
В
С
D
Е
F
10
11
12
13
14
15

7
8
9
А
В
С
D
Е
F
10
11
12
13
14
15
16

8
9
А
В
С
D
Е
F
10
11
12
13
14
15
16
17

9
А
В
С
D
Е
F
10
11
12
13
14
15
16
17
18

А
В
С
D
Е
F
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

В
С
D
Е
F
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
1А

С
D
Е
F
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
1А
1В

D
Е
F
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
1А
1В
1С

Е
F
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
1А
1В
1С
ID

F
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
1А
1В
1С
ID
IE


г) деление: 82,В1| 43 43 1,F3.. 3FB 3EDEl С'9
Приведем некоторые примеры выполнения основных операций в шестнадцатеричной системе счисления.


54.42 1EB.ED
а) сложение: б) вычитание:] в) умножение:
I97.AB 1A35.F1 ' 37,21


184 А 04
1EB.ED Х 54

DC84 113А5

1216, D4

Таблица 1.7. Запись чисел в различных системах счисления.



34

Лекция 9. Логические основы работы компьютера.

  1. Логические основы работы компьютера.

  2. Алгебра логики.

  3. Основные логические операции.


1. Логические основы работы компьютера.

В вычислительных машинах коды нуля и единицы представляются электрическими сигналами, имеющими два различных состояния. Наиболее распространенными способами физического представления информации являются импульсный и потенциальный:

  • импульс или его отсутствие;

  • высокий или низкий потенциал;

  • высокий потенциал или его отсутствие.

При импульсном способе отображения код единицы идентифицируется наличием электрического импульса, код нуля — его отсутствием (впрочем, может быть и наоборот). Импульс характеризуется амплитудой и длительностью, причем длительность должна быть меньше временного такта машины.

При потенциальном способе отображения код единицы — это высокий уровень напряжения, а код нуля — отсутствие сигнала или низкий его уровень. Уровень напряжения не меняется в течение всего такта работы машины. Форма и амплитуда сигнала при этом во внимание не принимаются, а фиксируется лишь сам факт наличия или отсутствия потенциала.

Вышесказанное обусловило то, что для анализа и синтеза схем в компьютере при алгоритмизации и программировании решения задач широко используется математический аппарат алгебры логики, оперирующий также с двумя понятиями «истина» или «ложь».
2. Алгебра логики.

Алгебра логики — это раздел математической логики, значение всех элементов (функций и аргументов) которой определены в двухэлементном множестве: 0 и 1. Алгебра логики оперирует с логическими высказываниями.


Высказывание — это любое предложение, в отношении которого имеет смысл утверждение о его истинности или ложности. При этом считается, что высказывание удовлетворяет закону исключенного третьего, то есть каждое высказывание или истинно, или ложно, и не может быть одновременно и истинным и ложным.

Высказывания:

• «Сейчас идет снег» — это утверждение может быть истинным или ложным;

•«Вашингтон — столица США» — истинное утверждение;

•«Частное от деления 10 на 2 равно 3» — ложное утверждение. В алгебре логики все высказывания обозначают буквами а, b, сит. д. Содержание высказываний учитывается только при введении их буквенных обозначений, и в дальнейшем над ними можно производить любые действия, предусмотренные данной алгеброй. Причем если над исходными элементами алгебры выполнены некоторые разрешенные в алгебре логики операции, то результаты операций также будут элементами этой алгебры.
3. Основные логические операции.

Простейшими операциями в алгебре логики являются операции логического сложения (иначе: операция ИЛИ (OR), операция дизъюнкции) и логического умножения (иначе: операция И (AND), операция конъюнкции). Для обозначения операции логического сложения используют символы + или V, а логического умножения — символы • или /\. Правила выполнения операций в алгебре логики определяются рядом аксиом, теорем и следствий. В частности, для алгебры логики применимы следующие законы.

1. Сочетательный:

(а + b) + с = а + (b + с), (а - b) - с = а - (b - с).

2. Переместительный:

(а + b) = (b + а), (а-b) = (b - а).

3. Распределительный:

а - (b + с) = а - b + a - с, (а + b) - с = а - с + b - с. Справедливы соотношения, в частности:

а + а = а, а + b = b, если а < b, а-а=аa-b=а,если а < b, а + a - b = a, a - b = b, если а > b, а + b = а, если а > b, а + b = b, если а < b.

Наименьшим элементом алгебры логики является 0, наибольшим элементом — 1. В алгебре логики также вводится еще одна операция —

Смотрите также файлы