Информационные процессы

2.4 Информационные процессы

Процесс храниния информации

Изучаемые вопросы:

Носители информации;

Виды памяти;

Хранилиша информации;

Основные свойства хранилищ информации.

Понятие «информационные процессы», так же как и понятие «информация», является базовым в курсе информатики. Под информационными процессами понимаются любые действия, выполняемые с нформацией. Примеры информационных процессов, с которыми нам почтоянно приходится иметь дело: получение информации из средств СМИ, обучение, принятие управляющих решений, разработка технического поекта, документооборот на предприятии, сдача экзаменов и многие другие. Суцществуют три основных типа информаицонных процессов, которые как составляющиеприсутствуют в любых других более сложных процессах. Это хранение информации, передача информации и обработка информации. Первоначально, следует рассмотреть эти информационные процессы без связки к компьютеру, т.е. приминиельнот к человеку. Затем, при изученииархитектуры ЭВМ, компьютерных информационных технологий речь пойдет о реализации тех же самых информационных процессов с помощью ЭВМ.

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

Носитель информации – это физическая среда, непосредственно хранящая информацию. Основным носителем информации для человека является его собственная биологическая память (мозг человека). Собственнуюпамять человека можно назвать оперативной памятью. Здеся слово «оперативный» является синонимом слова «быстрый».

Заученные знания воспроизводятсячеловеком мгновенно. Собственную память мы можем назвать внутренней памятью, поскольку её носитель – мозг – находится внутри нас.

Все прчие виды носителей можно назвать внешними (по отношению к человеку). Виды этих носителей менялись со временем: в древности были камень, дерево, папирус, кожа и пр. Во II в. нашей эры в Китае была изобретена бумага. Однако, до Европы она дошла лишь в XI в. С тех пор бумага является основным носителем информации. Развитие информационной техники привело к сохданию магнитных, оптических и других современных видов носителей информации.

Хранилище информации – это определенным образом организованная информация на внешних носителях, предназначенная лдя длительного хранения и постоянного использования. Пимерами хранилищ являются архивы документов, библиотеки. Основной информационной единицей хранилища является определенный физическийдокумент: анкета, книга, дало,досье, отчет. Под организацией хранилища понимается наличие определенной структуры, т.е. упорядоченность, клссификация хранимых документов. Такая организация необходима для удобства ведения хранидища: пополнения новыми документами, удалания ненужных, поиска информации и пр.

Знания, сохраненные впамяти человека, можно рассматривать как внутренее хранилище информации, однако его организацию нам понять трудно. Основное свойство человеческой памяти – быстрота, опративность воспроизведения хранящейся в ней информации. но, по сравнинию с внешними хранилищами, человеческая память менее надежна. Человеку свойственно забывать информацию. Хотя психологи утвеждают, что из памяти человека ничего не исчезает, тем нне менее способность к воспроизведению некоторых знаний довольно часто терчется человеком. Именно для более надежного хранения человек использует внешние носители, организует хранилища. Впрочем, известен исторический феномен в этом отношении: у народов древних инков не было письменности. Все свои знания они хранили в собственной памяти. С нашей точки зрения в этом случае трудно возможность достижения высокого уровня цивилизации инков.

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. Для описания хранения данных в компьютере используются те же понятия: носитель, хранилища данных, организация данных, время доступа, защита данных. Организованные хранилища данных на устройствах внешней памяти компьютера принято называть базами и банками данных. Подробнее эти вопросы будут обсуждаться в теме «Базы данных и информационные системы».

Процесс обработки информации

Изучаемые вопросы:

Общая схема процесса обработки информации;

Постановка задачи обработки;

Исполнитель обработки;

Алгоритм обработки;

Типовые задачи обработки информации.

Любой вариант процесса обработки информации происходит по следующей схеме:

		Исполнитель информации

Об общая схема процесса обработки информации

в любом случае можно говорить о том, что в процессе обработки информации решается некоторая информационная задача, которая предварительно может быть поставлена в традиционной форме: дан некоторый набор исходных данных – исходной информации; требуется получить некоторые результаты – итоговую информацию. Сам процесс перехода от исходных данных результату и есть процесс обработки. Тот объект или субъект, который осуществляет обработку, может быть назван исполнителем обработки. Исполнитель может быть человеком, а может быть специальным техническим устройством, в том числе компьютером.

Обычно обработка информации – это целенаправленный процесс. Для успешного выполнения обработки информации исполнителю должен быть известен способ обработки, т.е. последовательность действий, которую нужно выполнить, чтобы достичь нужного результата. Описание такой последовательности действий в информатике принято называть алгоритмом обработки.

Ученики должны уметь приводить примеры ситуаций, связанных с обработкой информации. такие ситуации можно разделить на два типа.

Первый тип обработки: обработка, связанная с получением новой информации, нового содержания знаний.

К этому типу обработки относится решение математических задач. Например, даны две стороны треугольника и угол между ними, требуется определить все остальные параметры треугольника: третью сторону, углы, площадь, периметр. Способ обработки, т.е. алгоритм решения задачи, определяется математическими формулами, которые должен знать исполнитель.

К первому типу обработки информации относится решение различных задач путем применения логических рассуждений. Например, следователь по некоторому набору улик находит преступника; человек, анализируя сложившиеся обстоятельства, принимает решение о своих дальнейших действиях; ученый разгадывает тайну древний рукописей и т.п.

Второй тип обработки: обработка, связанная с изменением формы, но не изменяющая содержания.

К этому типу обработки информации относится, например, перевод текста с одного языка на другой. Изменяется форма, но должно сохранится содержание. Важным видом обработки для информатики является кодирование. Кодирование – это преобразование информации в символьную форму, удобную для ее хранения, передачи, обработки. Кодирование активно используется в технических средствах с информацией (телеграф, радио, компьютеры).

Другой вид обработки информации – структурирование данных. Структурирование связано с внесением определенного порядка, определенной организации в хранилище информации. расположение данных в алфавитном порядке, группировка по некоторым признакам классификации, использование табличного или графового представления – все это примеры структурирования.

Еще один очень важный вид обработки информации – поиск. Задача поиска обычно формулируется так: имеется некоторое хранилище, информации – информационный массив (телефонный справочник, словарь, расписание поездов и пр.), требуется найти в нем нужную информацию, удовлетворяющую определенным условиям поиска (телефон данной организации, перевод данного слова на другой язык, время отправления данного поезда). Алгоритм поиска зависит от способа организации информации. если информация структурирована, то поиск осуществляется быстрее, можно построить оптимальный алгоритм.

Процесс передачи информации.

Изучаемые вопросы:

Источник и приемник информации;

Информационные каналы;

Роль органов чувств в процессе восприятия информации человеком;

Структура технических систем связи;

Что такое кодирование и декодирование;

Понятие шума, приемы защиты от шума;

Скорость передачи информации и пропускная способность канала.

Ключевыми понятиями процесса передачи информации являются источник информации, приемник информации, информационный канал. Схематично этот процесс можно изобразить так:

 Информационный канал

Схема процесса передачи информации

В таком процессе информация представляется и передается в форме некоторой последовательности сигналов, символов, знаков. Например, при непосредственном разговоре между людьми происходит передача сигналов – речи, при чтении человек воспринимает буквы – графические символы. Передаваемая последовательность называется сообщением. От источника к приемнику сообщение передается через некоторую материальную среду (звук – акустические волны в атмосфере, изображение – световые электромагнитные волны). Если в процессе передачи используются технические средства связи, то их называют каналы передачи информации (информационными каналами). К ним относится телефон, радио, телевидение.

Можно говорить о том, что органы чувств человека выполняют роль биологических информационных каналов. С их помощью информационное воздействие на человека доносится по памяти.

В рамках данной темы ученики должны уметь приводить конкретные примеры процесса передачи информации, определять для этих примеров источник, приемник информации, используемые каналы передачи информации.

При углубленном изучении базового курса информатики следует познакомить учеников с основными понятиями технической теории связи. Американским ученым Клодом Шенноном, одним из основателей теории информации, была предложена схема процесса передачи информации по техническим каналам связи, представленная на рисунке:

Работу такой схемы можно пояснить на знакомом всем процессе разговора по телефону. Источником информации является говорящий человек. Кодирующим устройством – микрофон телефонной трубки, с помощью которого звуковые волны преобразуются в электрические сигналы. Каналом связи является телефонная сеть. Декодирующим устройством является телефонная трубка слушающего человека – приемника информации. Здесь пришедший электрический сигнал превращается в звук.

Связь, при которой передача производится в форме непрерывного электрического сигнала, называется аналоговой связью.

Под кодированием понимается любое преобразование информации, идущий от источника, в форму, пригодную для ее передачи по каналу связи. На заре эры радиосвязи применялся код азбуки Морзе. Текст преобразовывался в последовательность точек и тире и передавался в эфир. Принимавший на слух такую передачу человек должен был суметь декодировать код обратно в текст. Еще раньше азбука Морзе использовалась в телеграфной связи. Передача информации с помощью азбуки Морзе – это пример дискретной связи.

В настоящее время широко используется цифровая связь, когда передаваемая информация кодируется в двоичную форму, а затем декодируется в текст, изображение, звук. Цифровая связь, очевидно, тоже является дискретной.

Термином «шум» называют разного рода помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящий 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. Часто, беседуя по телефону, мы слышим шум, треск, мешающие понять собеседника, или на наш разговор накладывается разговор совсем других людей. В таких случаях необходима защита от шума.

В первую очередь применяются технические способы защиты каналов связи от воздействия шумов. Такие способы бывают самые разные, иногда простые, иногда – очень сложные. Например, использование экранированного кабеля вместо «голого» провода; применение разного рода фильтров, отделяющих полезный сигнал от шума и пр.

Клодом Шенноном была разработана специальная теория кодирования, дающая методы борьбы с шумом. Одна из важных идей этой теории состоит в том, что передаваемый по линии связи код должен быть избыточным. За счет этого потеря какой-то части информации при передаче может быть компенсирована. Например, если при разговоре по телефону вас плохо слышно, то повторяя каждое слово дважды, вы имеете больше шансов на то, что собеседник поймет вас правильно.

Однако нельзя делать избыточность слишком большой. Это приведет к задержкам и подорожанию связи. Теория кодирования К. Шеннона как раз и позволяет получить такой код, который будет оптимальным. При этом избыточность передаваемой информации будет минимально – возможной, а достоверность принятой информации – максимальной.

В современных системах цифровой связи часто применяется следующий прием борьбы с потерей информации при передачи. Все сообщение разбивается на порции – блоки. Для каждого блока вычисляется контрольная сумма, которая передается вместе с данным блоком. В месте приема заново вычисляется контрольная сумма принятого блока, если она не совпадает с первоначальной, то передача данного блока повторяется. Так будет происходить до тех пор, пока исходная и конечная суммы не совпадут.

При обсуждении темы об изменении скорости передачи информации можно привлечь прием аналогии. Аналог – процесс перекачки воды по водопроводным трубам. Здесь каналом передачи воды являются трубы. Интенсивность этого процесса характеризуется расходом воды, т. е. количеством литров или кубометров, перекачиваемых за единицу времени. В процессе передачи информации каналами являются технические линии связи. А если информацию непосредственно принимает человек, то его органы чувств – внутренние информационные каналы человека. По аналогии с водопроводом можно говорить об информационном потоке, передаваемом по каналам. Скорость передачи информации – это информационный объем сообщения, передаваемый в единицу времени. Поэтому единицы измерения скорости информационного потока: бит/с, байт/с и др.

Еще одно понятие – пропускная способность информационных каналов – может быть объяснено с помощью «водопроводной» аналогии. Увеличить расход воды через трубы можно путем увеличения давления. Но этот путь не бесконечен. При слишком большом давлении трубу может разорвать. Поэтому техническими условиями использования водопровода всегда определяется предельное давления и как результат – предельный расход воды, который можно назвать пропускной способностью водопровода. Аналогический предел скорости передачи данных имеют и технические линии информационной связи. Причины этому носят так же физический характер.

III.Способы введения тем раздела «информация» на уроках информатики в школе.