Кодом называется правило для преобразования одного набора знаков в другой набор знаков.

Знак – это элемент конечного множества отличных друг от друга элементов, с помощью которых кодируется сообщение.

Набор знаков, в котором определен порядок их следования, называется алфавитом.

Алфавит, состоящий из двух знаков, называется двоичным алфавитом.

В вычислительной технике в настоящее время широко используется двоичное кодирование с алфавитом {0,1} (рисунок 3). Наиболее распространенными кодами являются ASCII (American standart code for information interchange – американский стандартный код для обмена информацией), ДКОИ-8 (двоичный код обмена информации), Win1251 или СР1251 (code page), Unicode.

Рисунок 3 Пример универсального кодирования с помощью алфавита {0,1}.

Длиной кода называется то количество знаков кодирующего алфавита, которое используется при кодировании одного знака кодируемого сообщения.

Код может быть постоянной и переменной длины.

В естественных языках используются в основном коды переменой длины (слова русского языка бывают длиной в 1, 2, 3 и т.д. букв); в технике чаще используются коды постоянной длины. Так длина кода ASCII 8 бит или 1 байт, длина кода Unicode 16 бит или 2 байта.

Если длина кода равняется n, то алфавитом, состоящим из k знаков, можно закодировать М = kⁿ различных состояний.

С помощью двоичного алфавита (k = 2) в ASCII (n = 8) таблица кодировки включает 2⁸ = 256 символов, в Unicode (n = 16) таблица кодировки включает 2¹⁶ = 65536 символов.

Чтобы закодировать М различных состояний с постоянной длиной кода, используя алфавит из k знаков, длина кода должна быть не менее n = [ log_k M +1].

ХРАНЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ

Хранение информации – процесс такой же древний, как и жизнь человеческой цивилизации. Он имеет огромное значение для обеспечения поступательного развития человеческого общества (да и любой системы), многократного использования информации, передачи накапливаемого знания последующим поколениям.

Уже в древности человек столкнулся с необходимостью хранения информации. Примерами тому служат зарубки на деревьях, чтобы не заблудиться во время охоты; счет предметов с помощью камешков, узелков; изображение животных и эпизодов охоты на стенах пещер. Человеческое общество способно бережно хранить информацию и передавать ее от поколения к поколению. На протяжении всей истории знания и жизненный опыт отдельных людей накапливаются. По современным представлениям, чем больше информации накоплено и используется в обществе, тем выше уровень его развития. Накопление информации является основой развития общества. Когда объем накапливаемой информации возрастает настолько, что ее становится просто невозможно хранить в памяти, человек начинает прибегать к помощи различного рода вспомогательных средств

С рождением письменности возникло специальное средство фиксирования и распространения мысли в пространстве и во времени. Родилась документированная информация – рукописи и рукописные книги, появились своеобразные информационно-накопительные центры – древние библиотеки и архивы. Постепенно письменный документ стал и орудием управления (указы, приказы, законы).

Следующим информационным скачком явилось книгопечатание.

С его возникновением наибольший объем информации стал храниться в различных печатных изданиях, и для ее получения человек обращается в места их хранения (библиотеки, архивы и пр.).

В настоящее время мы являемся свидетелями быстрого развития новых – автоматизированных – методов хранения информации с помощью электронных средств. Компьютер и средства телекоммуникации предназначены для компактного хранения информации с возможностью быстрого доступа к ней.

Информация, предназначенная для хранения и передачи, как правило, представлена в форме документа. Под документом понимается объект на любом материальном носителе, где имеется информация, предназначенная для распространения в пространстве и времени (от лат. dokumentum – свидетельство. Первоначально это слово обозначало письменное подтверждение правовых отношений и событий). Основное назначение документа заключается в использовании его в качестве источника ин- формации при решении различных проблем обучения, управления, науки, техники, производства, социальных отношений.

Одной из процедур хранения информации является ее накопление. Оно может быть пассивным и активным.

При пассивном накоплении поступающая информация просто "складируется", при этом принимаются меры для обеспечения ее сохранности и повторного обращения к ней (считывания). Например, запись звуковой информации на магнитофонную ленту; стенографирование выступления; размещение документов в архиве.

При активном накоплении происходит определенная обработка поступающей информации, имеющая много градаций, но в целом направленная на обогащение знания получателя информации. Например, систематизация и обобщение документов, поступивших на хранение, перевод содержания документов в другую форму, перенесение документов на другие носители совместно с процедурами сжатия данных, обеспечения защитными кодами и т.п.

Важно помнить, что хранение очень больших объемов информации оправдано только при условии, если поиск нужной информации можно осуществить достаточно быстро, а сведения получить в доступной форме. Иными словами, информация хранится только для того, чтобы впоследствии ее можно было легко отыскать, а возможность поиска закладывается при определении способа хранения информации и доступа к ней. Таким образом, первый вопрос, на который необходимо ответить при организации любого хранилища информации – как ее потом там искать.

Информационно-поисковая система (ИПС) – это хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска, размещения и выдачи информации. Наличие таких процедур – главная особенность информационных систем, отличающая их от простых скоплений информационных материалов.

Например, личная библиотека, в которой может ориентироваться только ее владелец, информационной системой не является. В публичных же библиотеках порядок размещения книг всегда строго определенный. Благодаря ему поиск и выдача книг, а также размещение новых поступлений представляет собой стандартные, формализованные процедуры. То же самое справедливо и для компьютерных ИПС.

Все хранимые в ИПС документы индексируются каким-либо образом. Каждому документу (статье, протоколу, видеокассете) присваивается индивидуальный код, составляющий поисковый образ документа. Поиск в хранилищах идет не по самим документам, а по их поисковым образам, которые могут включать в себя:

• название документа;

• время и место создания;

• фамилии авторов или название организации, создавшей документ;

• тематические разделы, к которым можно отнести документ по его содержанию;

• информацию о местонахождении документа в хранилище и многое другое.

Например, файловая система компьютера – это тоже информационно-поисковая система. Поисковый образ файла включает в себя полное имя файла (имя дисковода, имена каталогов и подкаталогов, собственное имя файла, расширение), дату и время создания, размер файла, его атрибуты.

ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ

Хранение информации необходимо для распространения ее во времени, а ее распространение в пространстве происходит в процессе передачи информации. Практически любая деятельность людей связана с общением, а общение невозможно без передачи информации.

В процессе передачи информации обязательно участвуют источник и получатель информации: первый передает информацию, второй ее принимает. Между ними действует канал передачи информации – канал связи (рисунок 5). Передача информации возможна с помощью любого языка кодирования информации, понятного как источнику, так и получателю.

Рисунок 5 Процесс передачи информации.

Передача информации – это реальный физический процесс, протекающий в среде, разделяющей источник и получатель. Передаваемая информация обладает определенным строением, которое чаще всего выглядит как последовательность сигналов, каждый из которых переносит элементарную порцию информации. В теории связи эта последовательность сигналов называется сообщением.

В процессе передачи информация может теряться и искажаться: искажение звука в телефоне, атмосферные помехи в радио, искажение или затемнение изображения в телевидении, ошибки при передаче по телеграфу. Эти помехи, или, как их называют специалисты, шумы, изменяют сообщение. Поэтому при организации автоматизированной передачи сообщений необходимо особо заботиться об обеспечении защиты от помех, о проверке соответствия полученного сообщения переданному.

В теории информации установлена связь между способом кодирования передаваемых сообщений, скоростью их передачи по каналам связи и вероятностью искажения передаваемой информации. Еще в сороковых годах ХХ в. К. Шеннон доказал, что при любых помехах и шумах можно обеспечить передачу информации без потерь.

ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

Человек выделяет в информации по крайней мере три компонента: смысл (семантика); оформление (синтаксис); личностная значимость (оценка, прагматика). Иными словами в любом сообщении можно выделить содержание, форму и наше отношение к сообщению.

Обработка (преобразование) информации — это процесс изменения формы представления информации или ее содержания.

Как правило, обработка информации – это закономерный, целенаправленный, планомерный процесс. Всегда существует цель обработки.

Процессы изменения формы представления информации часто сводятся к процессам ее кодирования и декодирования и проходят одновременно с процессами сбора и передачи информации.

Примеры изменения формы информации в результате обработки:

• специальное оборудование на метеостанции преобразует сигналы, полученные от метеозондов, в графики;

• данные анкет, полученные в результате психологических исследований, представляются в виде диаграмм;

• при сканировании рисунок преобразуется в последовательность двоичных цифр.

Процесс изменения содержания информации включает в себя такие процедуры, как численные расчеты, редактирование, упорядочивание, обобщение, систематизация и т.д.

Примеры изменения содержания информации в результате обработки:

• результатом обработки данных нескольких метеостанций выступает прогноз погоды;

• анализ данных психологических исследований позволяет дать обобщенную психологическую характеристику группы "испытуемых" и рекомендации по улучшению психологического климата в этой группе;

• отсканированный текст первоначально представляется в виде рисунка (в соответствующем двоичном представлении). После его обработки программой оптического распознавания символов он преобразуется в "текстовые" коды.

Обрабатывать можно информацию любого вида и правила обработки могут быть самыми разнообразными. Общая схема преобразования информации приведена на рисунке 6.

Рисунок 6 Процесс преобразования информации.

Нам не всегда известно, как, по каким правилам входная информация преобразовывается в выходную. Систему, в которых наблюдателю доступны лишь входные и выходные величины, а структура и внутренние процессы неизвестны, называют черным ящиком (рисунок 7).

Рисунок 7 Схема преобразования информации по принципу "черного ящика"

Не будет преувеличением сказать, что любой познаваемый объект всегда первоначально выступает для наблюдателя как "черный ящик".

Но чаще всего без знания правил преобразования невозможно достичь цели, ради которой информация и обрабатывается. Если эти правила строго формализованы и имеется алгоритм их реализации, то можно построить устройство для автоматизированной обработки информации. Таким устройством в вычислительной технике является процессор (рисунок 8).

Рисунок 8 Схема обработки информации.

Обработка информации всегда происходит в некоторой внешней среде (обстановке), являющейся источником входной информации и потребителем выходной информации. Непосредственная переработка входной информации в выходную осуществляется процессором. При этом предполагается, что процессор располагает памятью.

Замечание. Обработка информации в общем случае приводит и к изменению состояния самого процессора.

Процесс обработки информации в рамках данной схемы чаще всего сводится к следующим процедурам:

• вычисление процессором значений выходных параметров как некоторой функции входных;

• накопление информации, т.е. изменение состояния памяти под воздействием входной информации;

• реализация причинной связи между входом и выходом процессора;

• взаимодействие процессора со средой, реакция на изменения обстановки;

• управление поведением всей системы в целом.

Обработка информации – это процесс, происходящий во времени.

В ряде случаев он должен подчиняться заданному темпу поступления входной информации и допустимому пределу задержки в выработке информации на выходе. В этом случае говорят об обработке информации в реальном масштабе времени. Примером является управление работой машин и устройств, в том числе компьютера.

В других случаях время рассматривается как дискретная цепочка мгновенно происходящих событий. При этом важна лишь их последовательность, а не значение разделяющих события временных промежутков. Такой подход применяется обычно при обработке информации в моделировании.

Наиболее простой формой обработки информации является последовательная обработка, производимая одним процессором, в котором в любой момент времени происходит не более одного события. При наличии в системе нескольких процессоров, работающих одновременно, говорят о параллельной обработке информации.

Обработка информации является центральной процедурой в управлении любой системой. Трактовка управления системой как процесса обработки информации является одним из основных принципов кибернетики.

Вычислительная техника в основном предназначена для автоматизированной обработки информации различного вида. К ней относятся: обработка запросов к базам данных, перекодирование информации, численные расчеты по формулам, аранжировка музыкальных произведений, синтез новых звуков, монтаж анимационных роликов и многое другое.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ