ÈÍÔÎÐÌÀÒÈÊÀ È ÈÍÔÎÐÌÀÖÈÎÍÍÛÅ ÒÅÕÍÎËÎÃÈÈ · 9.2....

Ì. Â. Ãàâðèëîâ, Â. À. Êëèìîâ

ÈÍÔÎÐÌÀÒÈÊÀÈ ÈÍÔÎÐÌÀÖÈÎÍÍÛÅ

ÒÅÕÍÎËÎÃÈÈ

УЧЕБНИК ДЛЯ СПО

4-е издание, переработанное и дополненное

Ðåêîìåíäîâàíî Ó÷åáíî-ìåòîäè÷åñêèì îòäåëîì ñðåäíåãî ïðîôåññèîíàëüíîãî îáðàçîâàíèÿ

â êà÷åñòâå ó÷åáíèêà äëÿ ñòóäåíòîâ îáðàçîâàòåëüíûõ ó÷ðåæäåíèé ñðåäíåãî ïðîôåññèîíàëüíîãî îáðàçîâàíèÿ

Ìîñêâà Þðàéò 2017

Êíèãà äîñòóïíà â ýëåêòðîííîé áèáëèîòå÷íîé ñèñòåìåbiblio-online.ru

УДК 004ББК 32.81я73 Г12

Авторы:Гаврилов Михаил Викторович — кандидат физико-математиче-

ских наук, профессор, в 1996—2013 гг. заведовал кафедрой информа-тики Саратовской государственной юридической академии;

Климов Владимир Александрович — доцент кафедры информа-тики Саратовской государственной юридической академии.

Рецензенты:Кальянов Л. В. — доктор экономических наук, профессор;Рыскин Н. М. — доктор физико-математических наук, профессор

Национального исследовательского Саратовского государственного университета им. Н. Г. Чернышевского.

Г12 Гаврилов, М. В.

Информатика и информационные технологии : учебник для СПО / М. В. Гаврилов, В. А. Климов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М. : Изда-тельство Юрайт, 2017. — 383 с. — Серия : Профессиональное образо-вание.

ISBN 978-5-534-03051-8Изложены базовые понятия по информатике, информационным

технологиям, современным компьютерным аппаратным средствам. Раскрыты назначение, возможности применения и дана классифика-ция программного обеспечения, рассмотрены операционная система Microsoft Windows, прикладные программы различного назначения последних версий. Строгая формулировка основных понятий соче-тается с доходчивыми пояснениями и рекомендациями по практи-ческой работе. Подробно изложены вопросы организации размеще-ния, обработки, хранения и передачи информации. Описаны услуги глобальных компьютерных сетей, сети Интернет. Особое внимание уделено законодательной и технической защите от несанкциониро-ванного доступа, средствам антивирусной защиты.

Для студентов образовательных учреждений среднего профессио-нального образования. Может быть использован преподавателями и учащимися школ, лицеев, учреждений начального профессионального образования.

УДК 004ББК 32.81я73

ISBN 978-5-534-03051-8

© Гаврилов М. В., Климов В. А., 2011© Гаврилов М. В., Климов В. А., 2014,

с изменениями© ООО «Издательство Юрайт», 2017

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.Правовую поддержку издательства обеспечивает юридическая компания «Дельфи».

Введение ....................................................................................

Раздел IАВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ:

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ

Глава 1. Информация и кодирование ...........................................1.1. Информация ................................................................................................1.2. Виды, формы представления информации ......................................1.3. Системы счисления ..................................................................................1.4. Кодирование информации .....................................................................1.5. Измерение информации .........................................................................

Контрольные вопросы и задания ........................................................................

Глава 2. Информационное общество. Информационные и комму-никационные технологии ................................................

2.1. Информационные процессы и информационное общество ......2.2. Технологии обработки информации ..................................................2.3. Инструментарий информационных технологий ...........................


Раздел IIОБЩИЙ СОСТАВ И СТРУКТУРА ПЕРСОНАЛЬНЫХ

ЭВМ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ.ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Глава 3. Общий состав и структура персональных ЭВМ и вычисли-тельных систем ..............................................................

3.1. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем ................................3.2. Архитектура персонального компьютера .........................................3.3. Периферийные устройства компьютера ...........................................


Глава 4. Программное обеспечение ЭВМ .....................................4.1. Основные понятия программного обеспечения .............................4.2. Операционные системы ...........................................................................4.3. Операционная система Windows .........................................................4.4. Сервисное программное обеспечение ................................................


Раздел IIIПРИКЛАДНЫЕ ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА

Глава 5. Текстовые процессоры ...................................................5.1. Виды и возможности текстовых редакторов ...................................

Оглавление

6

12121922253335

3737414452

54545776

103

104104110124141143

145145

5.2. Текстовый процессор Word. Запуск программы ............................5.3. Режимы отображения документа в окне программы ...................5.4. Набор и редактирование текста ...........................................................5.5. Сохранение документа ............................................................................5.6. Форматирование текста ..........................................................................5.7. Средства автоматизации подготовки документов .........................5.8. Таблица в документе ................................................................................5.9. Работа с графикой .....................................................................................5.10. Страницы, колонтитулы, печать ........................................................


Глава 6. Электронные таблицы ....................................................6.1. Основные понятия и способ организации .......................................6.2. Электронная таблица Microsoft Office Excel ...................................6.3. Форматирование ячеек Excel ................................................................6.4. Формулы ......................................................................................................6.5. Функции .......................................................................................................6.6. Работа со списками ...................................................................................6.7. Диаграммы ...................................................................................................


Глава 7. Системы управления базами данных ...............................7.1. Основные понятия баз данных .............................................................7.2. СУБД Microsoft Access ............................................................................7.3. Создание таблицы .....................................................................................7.4. Связь таблиц ...............................................................................................7.5. Создание запроса .......................................................................................7.6. Работа с формами ......................................................................................7.7. Работа с отчетами ......................................................................................


Глава 8. Графические редакторы .................................................8.1. Основы компьютерной графики ..........................................................8.2. Графический редактор Paint ..................................................................8.3. Профессиональные графические редакторы ...................................8.4. Форматы графических файлов .............................................................


Глава 9. Информационно�поисковые системы ..............................9.1. Общие принципы построения информационно�поисковых

систем .............................................................................................................9.2. Информационный поиск в Интернете ..............................................


Раздел IVКОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ И ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ

Глава 10. Понятие компьютерной сети .........................................10.1. Структура компьютерной сети ...........................................................10.2. Основные элементы локальной сети ...............................................10.3. Средства объединения компьютеров в сети ..................................10.4. Адресация в локальных сетях .............................................................

148152154157158166170171176177

179179181192195196202205208

209209215216221222224225225

227228233238239241

242

243248254

256259261262267

4 Оглавление

5.2. Текстовый процессор Word. Запуск программы ............................5.3. Режимы отображения документа в окне программы ...................5.4. Набор и редактирование текста ...........................................................5.5. Сохранение документа ............................................................................5.6. Форматирование текста ..........................................................................5.7. Средства автоматизации подготовки документов .........................5.8. Таблица в документе ................................................................................5.9. Работа с графикой .....................................................................................5.10. Страницы, колонтитулы, печать ........................................................


Глава 6. Электронные таблицы ....................................................6.1. Основные понятия и способ организации .......................................6.2. Электронная таблица Microsoft Office Excel ...................................6.3. Форматирование ячеек Excel ................................................................6.4. Формулы ......................................................................................................6.5. Функции .......................................................................................................6.6. Работа со списками ...................................................................................6.7. Диаграммы ...................................................................................................


Глава 7. Системы управления базами данных ...............................7.1. Основные понятия баз данных .............................................................7.2. СУБД Microsoft Access ............................................................................7.3. Создание таблицы .....................................................................................7.4. Связь таблиц ...............................................................................................7.5. Создание запроса .......................................................................................7.6. Работа с формами ......................................................................................7.7. Работа с отчетами ......................................................................................


Глава 8. Графические редакторы .................................................8.1. Основы компьютерной графики ..........................................................8.2. Графический редактор Paint ..................................................................8.3. Профессиональные графические редакторы ...................................8.4. Форматы графических файлов .............................................................


Глава 9. Информационно�поисковые системы ..............................9.1. Общие принципы построения информационно�поисковых

систем .............................................................................................................9.2. Информационный поиск в Интернете ..............................................


Раздел IVКОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ И ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ

Глава 10. Понятие компьютерной сети .........................................10.1. Структура компьютерной сети ...........................................................10.2. Основные элементы локальной сети ...............................................10.3. Средства объединения компьютеров в сети ..................................10.4. Адресация в локальных сетях .............................................................

148152154157158166170171176177

179179181192195196202205208

209209215216221222224225225

227228233238239241

242

243248254

256259261262267

4 Оглавление

10.5. Управление сетью ...................................................................................10.6. Структура глобальных сетей ...............................................................10.7. Юридический статус и правовое регулирование в глобальных

сетях .............................................................................................................10.8. Адресация в глобальных сетях ...........................................................10.9. Сервисы глобальных сетей ..................................................................10.10. Проблемы современного Интернета ..............................................


Глава 11. Защита информации в компьютерах и сетях ...................11.1. Необходимость защиты информации ..............................................11.2. Основные принципы защиты информации ...................................11.3. Виды защищаемой информации ........................................................11.4. Угрозы потери, раскрытия или искажения информации .........11.5. Классификация мер защиты информации .....................................11.6. Технические меры ...................................................................................11.7. Архивирование (сжатие) информации ...........................................11.8. Резервирование информации .............................................................11.9. Создание защитных атрибутов ..........................................................11.10. Создание защищенных сетевых соединений ..............................


Глава 12. Защита от вредоносных программ .................................12.1. Понятие вредоносных программ .......................................................12.2. Классификация вредоносных программ .........................................12.3. Классификация вредоносных программ по наносимому

ущербу .........................................................................................................12.4. Правила лечения .....................................................................................


Глава 13. Сетевое программное обеспечение, государство и бизнес ...13.1. Автоматизированные системы ...........................................................13.2. Справочные правовые информационно�поисковые системы ....13.3. Сетевые информационно�поисковые системы .............................13.4. Сетевые офисные программы .............................................................13.5. Системы электронного документооборота ....................................13.6. Функционирование электронного бизнеса ...................................13.7. Информационное обеспечение сопровождения бизнес-про-

цессов ...........................................................................................................Контрольные вопросы и задания ........................................................................

Глава 14. Компьютерный перевод ................................................14.1. Назначение и виды компьютерного перевода ..............................14.2. Программа машинного перевода PROMT .....................................14.3. Перевод средствами сайтов в сети Интернет ................................14.4. Соотнесение профессионального и компьютерного перевода ...Контрольные вопросы и задания ..................................................................

Литература .................................................................................

268272

272274279283285

286286287288288292301322324325334338

339339339

342343346

347347349353356358362

364367

368368370380381382

383

Оглавление 5

Ввåäåíиå

На протяжении всей истории развития человечества люди оперировали информацией. На самом раннем этапе развития обмен информацией происходил на естествен-ном языке. Затем появилась письменность, стала обраба-тываться числовая информация, создавались библиотеки и механические счетные устройства. К середине ХХ в. коли-чество информации стало резко возрастать, были созданы электронно-вычислительные машины (ЭВМ), позволяющие обрабатывать огромные информационные массивы, появи-лась наука — информатика.

Слово «информатика» (informatique, гибрид французских слов «information» и «automatique») вошло в научный оборот в 1960-е гг., когда были созданы специальные устройства — компьютеры, объединившие в одной системе хранение и автоматизированную обработку как числовой, так и тексто-вой (символьной) информации. В англоязычной литературе близкий термин «computer science» означает изучение вычис-лительной техники, ее устройств, программного обеспечения, компьютерных технологий обработки информации.

Выделение информатики в самостоятельную область человеческой деятельности связано с развитием вычисли-тельной техники, и в первую очередь с появлением в середине 1970-х гг. микропроцессоров и персональных компьютеров. В нашей стране с начала 1980-х гг. информатика утвердилась как комплексная научная и инженерная дисциплина, изуча-ющая все аспекты систем переработки информации на базе ЭВМ, начиная от их разработки, создания и применения до воздействия на различные области социальной практики. Сегодня информатика становится естественно-научной дис-циплиной, предметом которой являются информационные процессы, протекающие в природе, обществе и технических системах. Информатика опирается на методы, основанные

7Ввåäåíиå

на взаимодействии программных и аппаратных средств вычислительной техники с другими техническими систе-мами, человеком и обществом.

В широком смысле информатика — это единство разно-образных отраслей науки, техники и производства, связан-ных с переработкой информации с помощью компьютерных систем во всех сферах человеческой деятельности.

Информатика — отрасль знаний, изучающая общие свой-ства и структуру научной информации, а также закономер-ности и принципы ее создания, преобразования, накопления, передачи и использования в различных областях человече-ской деятельности, в том числе с помощью компьютеров и программ обработки информации.

Эта комплексная научно-техническая дисциплина по тем-пам роста, широте приложений, мощности влияния на эко-номику, науку, культуру и общество далеко превосходит другие научные направления. Помимо аппаратных и про-граммных средств информатика учитывает организацион-ные и человеческие аспекты, имеет производственные, ком-мерческие, управленческие, политические, образовательные, культурные и иные приложения.

Будучи фундаментальной наукой о процессах преобра-зования информации, информатика немыслима без мате-матического моделирования, вычислительной техники, программного обеспечения и алгоритмических средств.Информатика использует другие фундаментальные науки (например, математику, психологию, социологию), приклад-ные науки, а также инженерные дисциплины при выборе принципов решения, в разработке проблем. Дело в том, что информация, ее свойства служат объектом исследования различных научных дисциплин, поэтому для создания мето-дов и устройств управления информацией и ее обработки используются концепции наук, связанных с технологией и управлением (вычислительная техника, лингвистика, пси-хология, библиотековедение и др.).

Работа с информацией опирается на технологию инфор-мационной коммуникации общества, технологию компью-терных сетей передачи данных. Создающиеся технологии медиасерверов, способных собирать и хранить огромней-шие объемы информации, передавать их по сверхскорост-ным информационным магистралям в реальном времени

8 Ввåäåíиå

одновременно по множеству запросов, в сочетании с тен-денцией миниатюризации компьютерных устройств делают вычислительные средства и системы вездесущими в повсед-невной жизни. Информатика используется в переговорах, поддержке принятия решений, формировании стратегии, планировании и оценке экономических параметров, явля-ется основой управления.

Профессиональный аспект информатики — обучение навыкам ее применения в отраслевых профессиях и специ-альностях, использования информации и информационных систем в управлении. Профессиональная практика подразу-мевает знакомство с традициями техники, требует навы-ков коммуникации и решения реальных проблем. Овладеть знанием — значит уметь быстро ориентироваться в потоке новой информации. Затраты на поиск необходимой инфор-мации не должны превышать экономические выгоды от ее применения.

Компьютеры и информационные технологии становятся профессиональным инструментом во всех государственных учреждениях, корпорациях и небольших компаниях, в обра-зовании на всех уровнях. Их преимущества — относительная дешевизна и свобода подготовки текстов; автоматическое создание таблиц; электронное делопроизводство; ведение баз данных, индексация дел, документов; быстрый и удобный информационный обмен с сотрудниками, клиентами, дру-гими организациями. Профессиональная деятельность все больше становится зависимой от степени информирован-ности человека, его способности эффективно использовать информацию. Для свободной ориентации в информацион-ных потоках специалист любого профиля с помощью ком-пьютерных вычислительных средств и систем должен уметь получать, обрабатывать и использовать информацию.

Возник ряд «отраслевых» научных направлений инфор-матики: организованы кафедры и отделы социальной, эконо-мической, правовой, медицинской информатики, создаются новые специальности и направления.

Многие сферы профессиональной деятельности при-меняют информационные технологии, формируют свое приложение этих технологий. Существуют такие понятия, как экономическая информатика, правовая информатика, социальная информатика, биоинформатика и др. Развитие

9Ввåäåíиå

информатики сопровождается наведением и усилением меж-предметных связей, способствует информационным процес-сам в обществе, природе и познании, получению целостной, системной картины мира.

Например, изменения в информационном законодатель-стве России, которое анализирует и систематизирует право-вая информатика, как модифицируют прикладные информа-ционные технологии и процессы, так и влияют на границы их применения в других «отраслях» информатики.

В данном издании учебника учтены изменения, вне-сенные в 2012—2013 гг. в федеральные законы №149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации», №152-ФЗ «О персональных данных», №63-ФЗ «Об электронной подписи».

Информационные технологии как учебная дисциплина обеспечивают инструментарий формирования общекуль-турных компетенций бакалавра, являются одним из осно-вополагающих теоретических, методических и практиче-ских элементов формирования у студента современного мышления, основанного на понимании роли электронной (цифровой) информации в различных сферах деятельности и самом процессе обучения, преимуществ создания, полу-чения (доступа), обработки и использования информации с помощью компьютерной техники и информационных ком-муникаций.

В результате изучения материалов данного учебника, по общим итогам освоения дисциплины «Информационные технологии» студент должен обладать следующими компе-тенциями:

знать• сущностьизначениеинформации,информационных

и информационно-коммуникационных технологий в практи-ческом функционировании и развитии современного чело-века и общества;

• понятийныйаппаратвобластиинформационныхтех-нологий;

• основныеметоды,способыисредстваполучения,хра-нения, переработки информации;

• опасностииугрозыпотериинформации,возникающиев процессе применения информационных технологий;

10 Ввåäåíиå

• этическиенормыиправовыемерызащитыинформа-ции, основы авторского права, требования информационной безопасности;

• основныепринципыфункционированияэлектронногобизнеса;

уметь• создаватьиредактироватьтекстыимассивыданных

профессионального назначения;• работать с различными носителями и хранилищами

информации;• работать с различными локальными и глобальными

электронными информационными ресурсами, системами и базами знаний в процессе обучения и будущего решения профессиональных задач;

владеть• навыкамиработыскомпьютером каксредствомсоз-

дания, извлечения и управления информацией различного вида;

• навыкамиработыссетевымиофиснымипрограммамии системами электронного документооборота;

• навыкамипоиска,оцениванияинформациииобменаею в глобальных сетях;

• навыкамибезопаснойработынакомпьютереизащитыэлектронной информации.

Далее по главам в учебнике приводится более развер-нутое описание компетенций. Учебник предлагает знания, необходимые для получения перечисленных компетенций, достаточными они станут в результате правильного сочетания с практической и самостоятельной работой на компью-тере и в сети Интернет по соответствующим темам.

Раздел I

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯОБРАБОТКА

ИНФОРМАЦИИ:ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

И ТЕХНОЛОГИЯ

Глава 1ИНФОРМАЦИЯ И КОДИРОВАНИЕ

После изучения главы 1 студент должен:знать• подходы к определениям информации;• разграничение и взаимосвязь понятий сигнал, данные, инфор-

мация, знание;• понятие и виды систем счисления;• единицы измерения объема информации;• виды информации по способу представления;• принципы оцифровки (кодировки) различных данных в дво-

ичной системе счисления;уметь• выполнять преобразование из десятичной системы счисле-

ния в двоичную и обратно;• выполнять преобразование единиц измерения информации;владеть• навыками применения таблиц кодировки символов;• навыками перевода чисел из одной системы счисления в дру-

гую и арифметических операций с ними с помощью программыКалькулятор.

1.1. ИнформацияТермин «информация» (лат. informatio) означает изло-

жение, разъяснение, осведомление. Первоначально — сведе-ния, передаваемые людьми устным, письменным или другимспособом с помощью условных сигналов, технических средстви т.д. Особенность этого термина состоит в том, что он инту-итивно понятен каждому человеку, однако общепризнаннойстрогой научной трактовки до сих пор не имеет.

Информация наполняет жизнь человека, общества и го-сударства, без нее немыслимы образование и наука, произ-водство и торговля, управление, государственная службаи оборона, невозможна финансовая и правоохранительнаядеятельность.

Глава 1ИНФОРМАЦИЯ И КОДИРОВАНИЕ

После изучения главы 1 студент должен:знать• подходы к определениям информации;• разграничение и взаимосвязь понятий сигнал, данные, инфор-

мация, знание;• понятие и виды систем счисления;• единицы измерения объема информации;• виды информации по способу представления;• принципы оцифровки (кодировки) различных данных в дво-

ичной системе счисления;уметь• выполнять преобразование из десятичной системы счисле-

ния в двоичную и обратно;• выполнять преобразование единиц измерения информации;владеть• навыками применения таблиц кодировки символов;• навыками перевода чисел из одной системы счисления в дру-

гую и арифметических операций с ними с помощью программыКалькулятор.

1.1. ИнформацияТермин «информация» (лат. informatio) означает изло-

жение, разъяснение, осведомление. Первоначально — сведе-ния, передаваемые людьми устным, письменным или другимспособом с помощью условных сигналов, технических средстви т.д. Особенность этого термина состоит в том, что он инту-итивно понятен каждому человеку, однако общепризнаннойстрогой научной трактовки до сих пор не имеет.

Информация наполняет жизнь человека, общества и го-сударства, без нее немыслимы образование и наука, произ-водство и торговля, управление, государственная службаи оборона, невозможна финансовая и правоохранительнаядеятельность.

Понятие информации. Процесс взаимодействия матери-альных тел и полей сопровождается образованием сигналов,имеющих материальную основу. Так, свет солнца вызываетявление фотосинтеза в растениях, изменение магнитногополя регистрируется на магнитном диске, изменение элект-рического поля — в полупроводнике флеш�карты. Мы жи-вем в окружении сигналов, которые воспринимаем органа-ми чувств, т.е. тоже регистрируем их. Явление изменениясвойств физических тел при взаимодействии с сигналаминазывается регистрацией сигналов. Такие изменения мож-но наблюдать, измерять или фиксировать разными способа-ми. В результате возникают и регистрируются новые сигна-лы — данные.

Таким образом, данные — это зарегистрированные сигна-лы. Данные несут в себе информацию о событиях, произошед-ших в материальном мире, так как являются регистрациейсигналов, возникших в результате этих событий, но они нетождественны информации. Для того чтобы данные стали ин-формацией, к ним необходимо применить соответствующиеметоды воспроизведения и обработки. Например, при чте-нии обычного текста, чтобы воспринять его как информа-цию, целесообразно использовать несколько методов:

• зрительный метод, чтобы увидеть текст;• метод светового освещения, чтобы рассмотреть текст;• языковый метод для прочтения текста;• понятийный метод, чтобы понять текст.Только в случае применения этих методов данные, запи-

санные в виде текста в книге, становятся информацией. Разу-меется, если книгу не читать, а ощупывать, то возникает ужедругая информация. В этих случаях важно, чтобы метод былизвестен по контексту, т.е. данные, составляющие информа-цию, имели свойства, однозначно определяющие адекватный(соответствующий) метод получения этой информации.

Таким образом, данные становятся информацией, еслик ним применяют адекватные методы воспроизведенияи обработки. Поэтому информацию можно рассматриватькак некий продукт взаимодействия данных и примененныхк ним адекватных методов воспроизведения и обработки.

Различают естественные и технические методы воспро-изведения данных. Естественные методы присущи всем жи-вым существам, и к ним относятся все методы, основанныена органах чувств: зрение, слух, осязание, обоняние, вкус.В результате анализа сигналов, полученных органами чувств,

1.1. Информация 13

происходит их отображение и формирование некоторогообраза, который и служит для человека информацией. К ес-тественным методам относятся также методы, основанныена логическом мышлении, оперирующем данными, не суще-ствующими в природе, например понятиями точки, прямой,интеграла, производной и т.д. Методами логического мышле-ния являются сравнение, воображение, анализ, прогнозирова-ние и др. В технических методах воспроизведения и обработ-ки данных выделяют аппаратные и программные методы.Аппаратные методы основаны на функционировании раз-личных устройств, таких как телефон, магнитофон, микро-скоп, рентгеновский аппарат, телевизор и др. Программныеметоды широко используются в компьютерной технике.

К определению информации существуют различные под-ходы, зависящие от конкретной отрасли науки, области при-менения, авторов. Как правило, определения информациисвязаны с такими понятиями, как сигнал, знак, отображе-ние, знание, коммуникация, психический раздражитель(стимул к размышлению).

Один из подходов рассматривает информацию как любоесообщение отправителя получателю (о событии, состоянииили передача команды), состоящее из сигналов и структу-ры. Сигнал — меняющаяся физическая величина, процессизменения которой происходит в соответствии со структу-рой передаваемых данных. Информация, передаваемая со-общением, должна обладать точностью; шум и помехи ме-шают потоку информации, вызывают непонимание. Путии процессы, обеспечивающие передачу сообщения от источ-ника информации к ее потребителю, называют информаци-онными коммуникациями.

В ином подходе информация представляется как нечтоотображенное — отображение, представление объекта,субъекта или процесса, которое воспринимается, осмысли-вается другим объектом или субъектом. В данном случае непредполагается точность или непосредственная связь сто-рон, но различается объект и его отображение и должен бытькто-то, способный понять, оценить, осмыслить отношениеобъекта и отображения (экономические или правовые статис-тические данные отображают состояние экономики и обще-ства). К этой категории относятся также знаки и символы,карты, схемы, диаграммы, отображающие в графическомвиде ландшафт, организацию, данные таблицы. Представле-ние объекта трансформируется в образ, последний и есть ин-

Глава 1. Информация и кодирование14

происходит их отображение и формирование некоторогообраза, который и служит для человека информацией. К ес-тественным методам относятся также методы, основанныена логическом мышлении, оперирующем данными, не суще-ствующими в природе, например понятиями точки, прямой,интеграла, производной и т.д. Методами логического мышле-ния являются сравнение, воображение, анализ, прогнозирова-ние и др. В технических методах воспроизведения и обработ-ки данных выделяют аппаратные и программные методы.Аппаратные методы основаны на функционировании раз-личных устройств, таких как телефон, магнитофон, микро-скоп, рентгеновский аппарат, телевизор и др. Программныеметоды широко используются в компьютерной технике.

К определению информации существуют различные под-ходы, зависящие от конкретной отрасли науки, области при-менения, авторов. Как правило, определения информациисвязаны с такими понятиями, как сигнал, знак, отображе-ние, знание, коммуникация, психический раздражитель(стимул к размышлению).

Один из подходов рассматривает информацию как любоесообщение отправителя получателю (о событии, состоянииили передача команды), состоящее из сигналов и структу-ры. Сигнал — меняющаяся физическая величина, процессизменения которой происходит в соответствии со структу-рой передаваемых данных. Информация, передаваемая со-общением, должна обладать точностью; шум и помехи ме-шают потоку информации, вызывают непонимание. Путии процессы, обеспечивающие передачу сообщения от источ-ника информации к ее потребителю, называют информаци-онными коммуникациями.

В ином подходе информация представляется как нечтоотображенное — отображение, представление объекта,субъекта или процесса, которое воспринимается, осмысли-вается другим объектом или субъектом. В данном случае непредполагается точность или непосредственная связь сто-рон, но различается объект и его отображение и должен бытькто-то, способный понять, оценить, осмыслить отношениеобъекта и отображения (экономические или правовые статис-тические данные отображают состояние экономики и обще-ства). К этой категории относятся также знаки и символы,карты, схемы, диаграммы, отображающие в графическомвиде ландшафт, организацию, данные таблицы. Представле-ние объекта трансформируется в образ, последний и есть ин-


формация. Такая информация не обязательно создается и по-сылается по каналам связи каким-либо «отправителем»: естьсубъект, выполняющий наблюдение, осмысление, создающийобраз, интерпретацию, трактовку, получающий ощущение.

Другие рассматривают информацию как влияние, приводя-щее к преобразованию. Информация, содержащаяся в некото-рых образах, влияет на формирование или преобразованиедругих объектов без осмысления. Например, последователь-ность нуклеотидов ДНК образует генетический код, кото-рый влияет на формирование и развитие организма без осо-знанного понимания.

В широком смысле информация — общенаучное поня-тие, включающее в себя обмен сведениями между людьми,обмен сигналами между живой и неживой природой, людь-ми и устройствами. В определениях информации взаимнопереплетены три понятия: информация, данные и сообще-ние (сигнал), что можно суммировать в следующем виде.

Информация1 — сведения об объектах и явлениях окружа-ющей среды, которые уменьшают имеющуюся о них степеньнеопределенности, неполноты знаний и предоставляютсяполучателю либо оцениваются им с целью выполнения дей-ствий, осмысления значения на основе обработки и анализаданных.

Данные — сведения, полученные путем измерения, на-блюдения, вычисления; представленные в форме, пригоднойдля постоянного хранения, передачи, обработки. Могут суще-ствовать в различной форме: число и текст на бумаге, фото-графии и видеозаписи, факты и образы в памяти человека.

С позиций информационных технологий данные — ин-формация, представленная в формализованном виде (циф-ровая последовательность), пригодном для автоматизиро-ванной обработки средствами вычислительной техники.Исходные аналоговые данные от их источника подвергают-ся цифровому отображению. Для работы компьютера исполь-зуется особый вид данных и информации — программы, со-держащие данные в виде команд обработки других данных.

В какой-то степени определение данных не отождеств-ляет их с понятием «информация», рассматривает как мате-——————————

1 См. также Федеральный закон № 149-ФЗ «Об информации, инфор-мационных технологиях и о защите информации» в ред. от 2 июля 2013 г.,в ст. 2 п. 1 дано следующее определение: «Информация — сведения (сооб-щения, данные) независимо от формы их представления».

151.1. Информация

риал для обработки, передачи, интерпретации и приданиязначения с помощью компьютерных устройств и программ,превращения в воспринимаемую информацию. Понятие«данные» используется для того, чтобы отличать двоичнуюмашиночитаемую информацию в процессе обработки при-кладными программами от текстовой человекочитаемойинформации. Для восприятия человеком компьютерныеданные следует интерпретировать аппаратными и про-граммными средствами, преобразовать в информацию.

Наличие смысла (значения) отличает информацию отцифрового кода в данных. Информация — не разрозненныезнаки, а отображения. На шкале осмысленности информациязанимает промежуточное место между данными и знанием.

Знания — проверенные общественной практикой полез-ные сведения, которые могут многократно использоватьсялюдьми в их деятельности. Чтобы утверждения стали зна-нием, они должны быть структурированы по правилам, опре-деляемым разумностью. Знания допускают автоматизациюобработки и получения при условии, что представляют ло-гически полный ограниченный набор сведений, данных илипрограмм для решения задачи подготовленными специали-стами. Знания человека (специалиста, эксперта в опреде-ленной предметной области) хранятся в базах знаний.

Свойства информации. При работе с информацией все-гда имеются ее источник и потребитель (получатель). Дляпотребителя всегда очень важны свойства получаемой ин-формации. Полезная информация уменьшает степень неопре-деленности у получателя и пополняет знания. Полезностьинформации относительна — кому-то полезна, а кому-тобесполезна. Данные становятся полезной информацией, ес-ли поступили своевременно, представляют интерес, новиз-ну для решения практических задач. В противном случаеданные бесполезны.

Можно привести немало разнообразных свойств инфор-мации. С точки зрения информатики наиболее важнымипредставляются следующие свойства: адекватность, досто-верность, полнота, актуальность и доступность, объектив-ность информации.

Адекватность информации — уровень соответствия со-здаваемого с помощью информации образа реальному объ-екту, процессу, явлению. Неадекватная информация можетобразовываться при создании новой информации на основенеполных или недостоверных данных. Неправильная ин-


риал для обработки, передачи, интерпретации и приданиязначения с помощью компьютерных устройств и программ,превращения в воспринимаемую информацию. Понятие«данные» используется для того, чтобы отличать двоичнуюмашиночитаемую информацию в процессе обработки при-кладными программами от текстовой человекочитаемойинформации. Для восприятия человеком компьютерныеданные следует интерпретировать аппаратными и про-граммными средствами, преобразовать в информацию.

Наличие смысла (значения) отличает информацию отцифрового кода в данных. Информация — не разрозненныезнаки, а отображения. На шкале осмысленности информациязанимает промежуточное место между данными и знанием.

Знания — проверенные общественной практикой полез-ные сведения, которые могут многократно использоватьсялюдьми в их деятельности. Чтобы утверждения стали зна-нием, они должны быть структурированы по правилам, опре-деляемым разумностью. Знания допускают автоматизациюобработки и получения при условии, что представляют ло-гически полный ограниченный набор сведений, данных илипрограмм для решения задачи подготовленными специали-стами. Знания человека (специалиста, эксперта в опреде-ленной предметной области) хранятся в базах знаний.

Свойства информации. При работе с информацией все-гда имеются ее источник и потребитель (получатель). Дляпотребителя всегда очень важны свойства получаемой ин-формации. Полезная информация уменьшает степень неопре-деленности у получателя и пополняет знания. Полезностьинформации относительна — кому-то полезна, а кому-тобесполезна. Данные становятся полезной информацией, ес-ли поступили своевременно, представляют интерес, новиз-ну для решения практических задач. В противном случаеданные бесполезны.

Можно привести немало разнообразных свойств инфор-мации. С точки зрения информатики наиболее важнымипредставляются следующие свойства: адекватность, досто-верность, полнота, актуальность и доступность, объектив-ность информации.

Адекватность информации — уровень соответствия со-здаваемого с помощью информации образа реальному объ-екту, процессу, явлению. Неадекватная информация можетобразовываться при создании новой информации на основенеполных или недостоверных данных. Неправильная ин-


формация — следствие предоставления неверных или иска-женных сведений, ошибочной передачи, неправильно обра-ботанных или ошибочных данных об объекте, событии илипроцессе. Однако и полные, и достоверные данные могутприводить к созданию неадекватной информации в случаеприменения к ним неадекватных методов. В реальной жиз-ни человек вряд ли может рассчитывать на полную адекват-ность информации, так как всегда присутствует некотораястепень неопределенности. От степени адекватности ин-формации реальному состоянию объекта или процесса за-висит правильность принятия человеком решений.

Адекватность информации может выражаться в трехформах: синтаксической, семантической и прагматической.Синтаксическая форма отражает формально-структурныехарактеристики и не затрагивает смысловое содержание ин-формации. На синтаксическом уровне учитывается способпредставления информации, скорость передачи информа-ции и обработки, размеры кода представления информа-ции. Рассматриваемую с этой синтаксической стороны ин-формацию называют данными, так как при этом не имеетзначения ее смысловая сторона.

Семантическая форма отражает смысловое содержаниеинформации. На этом уровне анализируются сведения, предо-ставляемые информацией, рассматриваются ее смысловыесвязи. Прагматический аспект отражает потребительскуюсторону информации, ее соответствие цели управления, ко-торая на основе этой информации реализуется. Он связанс ценностью, полезностью использования информации привыработке потребителем решения для достижения своейцели. С этой точки зрения анализируются потребительскиесвойства информации.

Достоверность информации — свойство отражать реаль-но существующие объекты с необходимой точностью. Дан-ные возникают в момент регистрации сигналов, но не всесигналы являются «полезными» — всегда присутствует ка-кой-то уровень посторонних сигналов, в результате чего по-лезные данные сопровождаются определенным уровнем«информационного шума». Информационный шум (инфор-мационный мусор) — данные и сведения, не несущие полез-ной информации, увеличивающие временны´е и прочие из-держки пользователя при извлечении и обработкеинформации. Если полезный сигнал зарегистрирован болеечетко, чем посторонние сигналы, достоверность информа-

171.1. Информация

ции может быть более высокой. При увеличении уровняшумов достоверность информации снижается. В этом слу-чае для передачи того же количества информации требует-ся использовать либо больше данных, либо более сложныеметоды.

Полнота информации характеризует качество информа-ции и определяет достаточность данных для принятия ре-шений или для создания новых данных на основе имею-щихся. Неточная информация — недостаточные, неточные,неполные сведения об объекте, событии или процессе. Мо-жет использоваться для поиска решения задачи, но увели-чивает вероятность неправильных выводов и поэтому тре-бует уточнения, обновления данных.

Чем полнее данные, тем шире диапазон методов, кото-рые можно использовать, тем проще подобрать метод, вно-сящий минимум погрешностей в ход информационногопроцесса.

Актуальность информации — степень соответствия ин-формации текущему моменту времени. Достоверная и адек-ватная, но устаревшая информация может приводитьк ошибочным решениям. Необходимость поиска (или раз-работки) адекватного метода для работы с данными способ-на приводить к такой задержке в получении информации,что она становится неактуальной и ненужной.

Доступность информации — мера возможности полу-чить ту или иную информацию. На степень доступности ин-формации влияют одновременно как доступность данных, таки доступность адекватных методов для их интерпретации.Отсутствие доступа к данным или отсутствие адекватныхметодов обработки данных приводят к одинаковому резуль-тату: информация оказывается недоступной. Отсутствиеадекватных методов для работы с данными во многих слу-чаях приводит к применению неадекватных методов, в ре-зультате чего образуется неполная, неадекватная или недо-стоверная информация.

Объективность и субъективность информации. Поня-тие объективности информации является относительным.Более объективной принято считать ту информацию, в ко-торую методы вносят меньший субъективный элемент. Так,в результате наблюдения фотоснимка природного объектаили явления образуется более объективная информация,чем в результате наблюдения рисунка того же объекта, вы-полненного человеком.


ции может быть более высокой. При увеличении уровняшумов достоверность информации снижается. В этом слу-чае для передачи того же количества информации требует-ся использовать либо больше данных, либо более сложныеметоды.

Полнота информации характеризует качество информа-ции и определяет достаточность данных для принятия ре-шений или для создания новых данных на основе имею-щихся. Неточная информация — недостаточные, неточные,неполные сведения об объекте, событии или процессе. Мо-жет использоваться для поиска решения задачи, но увели-чивает вероятность неправильных выводов и поэтому тре-бует уточнения, обновления данных.

Чем полнее данные, тем шире диапазон методов, кото-рые можно использовать, тем проще подобрать метод, вно-сящий минимум погрешностей в ход информационногопроцесса.

Актуальность информации — степень соответствия ин-формации текущему моменту времени. Достоверная и адек-ватная, но устаревшая информация может приводитьк ошибочным решениям. Необходимость поиска (или раз-работки) адекватного метода для работы с данными способ-на приводить к такой задержке в получении информации,что она становится неактуальной и ненужной.

Доступность информации — мера возможности полу-чить ту или иную информацию. На степень доступности ин-формации влияют одновременно как доступность данных, таки доступность адекватных методов для их интерпретации.Отсутствие доступа к данным или отсутствие адекватныхметодов обработки данных приводят к одинаковому резуль-тату: информация оказывается недоступной. Отсутствиеадекватных методов для работы с данными во многих слу-чаях приводит к применению неадекватных методов, в ре-зультате чего образуется неполная, неадекватная или недо-стоверная информация.

Объективность и субъективность информации. Поня-тие объективности информации является относительным.Более объективной принято считать ту информацию, в ко-торую методы вносят меньший субъективный элемент. Так,в результате наблюдения фотоснимка природного объектаили явления образуется более объективная информация,чем в результате наблюдения рисунка того же объекта, вы-полненного человеком.


1.2. Виды, формы представления информацииЕсли рассматривать информацию в широком смысле ис-

ходя из подхода к ней как отображению разнообразия мира,то можно выделить три вида информации: непроявленную,проявленную, творящую.

Непроявленная информация — информация в «потенци-але», в закодированном виде, как бы «до востребования»,смысл которой скрыт от человеческого сознания. Она неможет быть воспринята непосредственно сознанием чело-века или его органами чувств (мнимая информация). Не-проявленной информацией считается, например, мыслен-ный образ будущей картины художника или инженерногопроекта, информация, хранящаяся на магнитных и оптиче-ских дисках компьютера. В компьютере — это совокупностьданных и программ на носителе информации.

Проявленная информация может восприниматься созна-нием человека и через его органы чувств. Проявленная ин-формация присуща всем формам материального существо-вания: высказывание человека, картина художника, книга,изображение на мониторе, звук в наушниках и т.д. Прояв-ленная в вещественном мире информация может быть от-раженной (без изменений) или отображенной — с измене-нием структуры и смысла в результате информационныхпреобразований и взаимодействий. Посредством компью-терных устройств объект восприятия (адресат) преобразует(получает) отображенную информацию в виде печатной,видео�, аудио� и другой информации.

Творящая информация рассматривается как сознание, ха-рактерна только для живых систем и включает способностьстимулировать развитие (творение) систем.

В информатике информация — связанные между собой све-дения об объектах и явлениях окружающего мира. В процессесвоей деятельности человек постоянно сталкивается и рабо-тает с той или иной информацией. Такую информацию мож-но рассматривать с точки зрения способа ее представления,места возникновения, стадии обработки и т.д. По способу пред-ставления можно выделить следующие виды информации:

• текстовую (совокупность алфавитных, цифровыхи специальных символов, с помощью которых информацияотображается на бумажном носителе или экране монитора);

• графическую (графики, диаграммы, схемы и рисунки);• звуковую (звуковые сигналы и радиоволны, применяе-

мые в радиовещании, телефонии);

191.2. Виды, формы представления информации

• видеоинформацию (световые сигналы, воспринимае-мые зрением);

• мультимедиаинформацию (текстовая, графическая,звуковая и видеоинформация, представляемая с помощьюкомпьютерных средств).

По месту возникновения в организации выделяют: вход-ную и выходную, внутреннюю и внешнюю информацию.По стадиям обработки информация может быть первичной,вторичной и результатной.

Человек воспринимает и передает информацию в образ-ной и знаковой форме. Образное восприятие информациипроисходит в основном через органы чувств путем контактас природой и объектами внешнего мира.

Элементами коммуникации (общения) людей являютсязнаки. Знак — материально, чувственно воспринимаемыйпредмет, явление или действие, служащие для обозначениядругого предмета, свойства или отношения; для переработ-ки и передачи информации. Любой знак обладает двумя ка-чествами: «обозначением» (формой представления) и «зна-чением» — смыслом. Значение может быть предметным,смысловым или экспрессивным. Различают языковые и не-языковые знаки. Обмен информацией с помощью знаковвозможен, если обозначение знака ассоциируется у челове-ка или устройства со значением. Совокупность знаков,для которых между источником и приемником информа-ции существует соглашение о смысловом значении, называ-ется знаковой системой. Последовательность знаков пред-ставляет информацию на материальном носителе — бумаге,магнитном и оптическом диске, магнитной ленте.

Знак может выглядеть как символ (буква, цифра, знакпрепинания, математический знак, специальный дорожныйзнак) или как графическое изображение (крест для христи-ан, полумесяц для мусульман, геральдический знак и дву-главый орел на гербе), а также их сочетание.

Для обработки информации компьютерными устройства-ми необходим точный перечень знаков. Информация про-ходит ряд преобразователей (кодирующие и декодирующиеустройства) и обрабатывающую вычислительную машину.На стадиях преобразования и движения смысловые свойст-ва знаков отступают на второй план, поэтому понятие «ин-формация» заменяется общим понятием «данные».

Одни и те же знаки в зависимости от контекста несутразную информацию и расцениваются по-разному. В фор-


• видеоинформацию (световые сигналы, воспринимае-мые зрением);

• мультимедиаинформацию (текстовая, графическая,звуковая и видеоинформация, представляемая с помощьюкомпьютерных средств).

По месту возникновения в организации выделяют: вход-ную и выходную, внутреннюю и внешнюю информацию.По стадиям обработки информация может быть первичной,вторичной и результатной.

Человек воспринимает и передает информацию в образ-ной и знаковой форме. Образное восприятие информациипроисходит в основном через органы чувств путем контактас природой и объектами внешнего мира.

Элементами коммуникации (общения) людей являютсязнаки. Знак — материально, чувственно воспринимаемыйпредмет, явление или действие, служащие для обозначениядругого предмета, свойства или отношения; для переработ-ки и передачи информации. Любой знак обладает двумя ка-чествами: «обозначением» (формой представления) и «зна-чением» — смыслом. Значение может быть предметным,смысловым или экспрессивным. Различают языковые и не-языковые знаки. Обмен информацией с помощью знаковвозможен, если обозначение знака ассоциируется у челове-ка или устройства со значением. Совокупность знаков,для которых между источником и приемником информа-ции существует соглашение о смысловом значении, называ-ется знаковой системой. Последовательность знаков пред-ставляет информацию на материальном носителе — бумаге,магнитном и оптическом диске, магнитной ленте.

Знак может выглядеть как символ (буква, цифра, знакпрепинания, математический знак, специальный дорожныйзнак) или как графическое изображение (крест для христи-ан, полумесяц для мусульман, геральдический знак и дву-главый орел на гербе), а также их сочетание.

Для обработки информации компьютерными устройства-ми необходим точный перечень знаков. Информация про-ходит ряд преобразователей (кодирующие и декодирующиеустройства) и обрабатывающую вычислительную машину.На стадиях преобразования и движения смысловые свойст-ва знаков отступают на второй план, поэтому понятие «ин-формация» заменяется общим понятием «данные».

Одни и те же знаки в зависимости от контекста несутразную информацию и расцениваются по-разному. В фор-


мулах цифры используются как числа: запись 20:15 в мате-матике воспринимается как «20 делить на 15», а в расписа-нии поездов — как время отправления. В номерах квартир,телефонов, автомашин цифры воспринимаются как обозна-чения, их никто не станет перемножать или возводить в куб.К числам календарных дат (01.09.2013) применяют вычита-ние и сложение, но не умножение и деление.

Совокупность графических образов (символов, знаков,рисунков, движущихся изображений); звуков; сигналов,воспринимаемых органами осязания и обоняния, можно на-звать языком общения в природе.

Языки разговорный, деловой, литературный, устныйи письменный называются естественными, их построениеотражает исторические и культурные традиции общества,психологические и образовательные особенности личности.Сообщения могут содержать информацию о фактах (лат.factum — сделанное, деяние, действие, поступок) или интер-претацию фактов (лат. interpretatio — истолкование, пере-вод). По знакам, свойственным обычному языку, формирует-ся сообщение, разновидность знаков языка составляет дол-говременную, хранимую основу национальной культуры.

Искусственный язык использует формальные знаковыесистемы (математические и логические выражения, симво-лы, ноты, дорожные знаки, знаки отличия, знаки морскогофлота), которые выполняют важную задачу замещениямногословных и не всегда однозначных повествовательныхвысказываний естественного языка более строгими и ком-пактными символическими построениями.

Естественный и искусственный языки передают инфор-мацию знаками посредством сообщения.

Работать с информацией в электронных устройствахможно в одной из двух форм: аналоговой или цифровой.

Аналоговая форма кодирует информацию непрерывны-ми сигналами, которые меняются пропорционально тому,что они представляют. Микрофоны и обычные видеокаме-ры представляют голос и видео аналоговыми сигналами.Телефонная сеть передает голос по кабелю в виде аналого-вых сигналов: переменный ток (его называют «синусоидаль-ный несущий сигнал») непрерывно изменяется по частотеи амплитуде пропорционально (аналогично) звуковым ко-лебаниям голоса говорящего.

Аналоговые сигналы как изменение несущего сигнала припередаче информации применяются в телефонной связи,

211.2. Виды, формы представления информации

радио- и телевещании. Вычислительные машины, исполь-зующие аналоговую форму обработки данных, называютсяаналоговыми. Простым аналоговым вычислителем являет-ся электрический счетчик потребляемой электроэнергиив зависимости от напряжения и силы тока. Однако на пере-дачу аналоговых данных сильно влияют помехи, поэтомутрудно управлять большим числом данных.

Цифровая обработка информации использует фиксиро-ванный, строго определенный набор знаков. Цифровые ото-бражения текста, изображений, звука, видео хранятся в па-мяти компьютера, а также передаются с помощью сигналовмежду устройствами компьютера, от компьютера к компью-теру (по локальной сети или через глобальную сеть Интер-нет), от устройства к компьютеру (от модема, со сканера,цифровой фото- и видеокамеры), от компьютера к устрой-ству (принтеру, модему, монитору). Формы представленияинформации различны: компьютерные программы и доку-менты в цифровых кодах, символах, массивах чисел, запи-санные на различных носителях данных. Данные даются нев непрерывно меняющихся значениях, а в дискретных, кото-рые можно описать цифрами, например 0 и 1. Вычислитель-ные машины, использующие цифровую форму представленияданных, называются цифровыми. В основе работы цифро-вой ЭВМ лежит двоичная система счисления.

1.3. Системы счисленияСистема счисления — способ представления чисел, опи-

рающийся на некоторое число n знаков, называемых цифра-ми. Число, равное количеству знаков n, употребляемых дляобозначения количества единиц каждого разряда, называет-ся основанием системы счисления.

Происхождение наиболее распространенной десятичнойсистемы связано с пальцевым счетом. Существовавшаяв Древнем Вавилоне шестидесятиричная система осталасьв делении часа и градуса угла на 60 минут и минут — на 60 се-кунд. В России до XVIII в. существовала десятичная систе-ма счисления, основанная на буквах алфавита а, в, г... с чер-той над буквой (от греческих букв: альфа, бета, гамма).

Современная десятичная система основана на десяти циф-рах, начертание которых 0, 1, 2, ..., 9 сформировалось в Ин-дии к V в. н.э. и пришло в Европу с арабскими рукописями(«арабские цифры»). Двоичная система использует две ци-фры: 0 и 1. Шестнадцатиричная система использует 16 сим-


радио- и телевещании. Вычислительные машины, исполь-зующие аналоговую форму обработки данных, называютсяаналоговыми. Простым аналоговым вычислителем являет-ся электрический счетчик потребляемой электроэнергиив зависимости от напряжения и силы тока. Однако на пере-дачу аналоговых данных сильно влияют помехи, поэтомутрудно управлять большим числом данных.

Цифровая обработка информации использует фиксиро-ванный, строго определенный набор знаков. Цифровые ото-бражения текста, изображений, звука, видео хранятся в па-мяти компьютера, а также передаются с помощью сигналовмежду устройствами компьютера, от компьютера к компью-теру (по локальной сети или через глобальную сеть Интер-нет), от устройства к компьютеру (от модема, со сканера,цифровой фото- и видеокамеры), от компьютера к устрой-ству (принтеру, модему, монитору). Формы представленияинформации различны: компьютерные программы и доку-менты в цифровых кодах, символах, массивах чисел, запи-санные на различных носителях данных. Данные даются нев непрерывно меняющихся значениях, а в дискретных, кото-рые можно описать цифрами, например 0 и 1. Вычислитель-ные машины, использующие цифровую форму представленияданных, называются цифровыми. В основе работы цифро-вой ЭВМ лежит двоичная система счисления.

1.3. Системы счисленияСистема счисления — способ представления чисел, опи-

рающийся на некоторое число n знаков, называемых цифра-ми. Число, равное количеству знаков n, употребляемых дляобозначения количества единиц каждого разряда, называет-ся основанием системы счисления.

Происхождение наиболее распространенной десятичнойсистемы связано с пальцевым счетом. Существовавшаяв Древнем Вавилоне шестидесятиричная система осталасьв делении часа и градуса угла на 60 минут и минут — на 60 се-кунд. В России до XVIII в. существовала десятичная систе-ма счисления, основанная на буквах алфавита а, в, г... с чер-той над буквой (от греческих букв: альфа, бета, гамма).

Современная десятичная система основана на десяти циф-рах, начертание которых 0, 1, 2, ..., 9 сформировалось в Ин-дии к V в. н.э. и пришло в Европу с арабскими рукописями(«арабские цифры»). Двоичная система использует две ци-фры: 0 и 1. Шестнадцатиричная система использует 16 сим-


волов: 0, 1, 2, ..., 9, А, В, С, D, E, F. Эти системы счисления на-зываются позиционными, так как значение каждой цифрычисла определяется по ее месту (позиции, разряду) в рядучисел, составляющих данное число. Позиция отсчитывает-ся справа налево; так, в десятичной системе: нулевой раз-ряд — разряд единиц, первый разряд — разряд десятков,второй разряд — разряд сотен, потом тысячи и т.д.

В непозиционных системах счисления цифры не меняютсвоего количественного значения при изменении их распо-ложения в числе.

Например, 1 — I, 2 — II, 5 — IIIII.Римская система счисления (I, II, III, IV, V) является сме-

шанной, так как значение каждой цифры частично зависитот ее места (позиции) в числе. Например, IV — это 4 = 5 – 1,а VI — это 6 = 5 + 1.

В десятичной системе каждый разряд может показатьодно из 10 значений (цифру 0, 1, 2, ..., 9). Чтобы в десятичнойсистеме записать следующее за девяткой число, добавляютслева новый разряд и ставят в его позицию цифру 1, посленее ноль и получается 10, т.е. десять. Два разряда в десятич-ной системе позволяют записать сто чисел: от 0 до 99, потомпридется дописывать новый разряд для числа 100.

Цифры десятичного числа определяют число по основа-нию системы счисления и по нумерации разрядов с помощью,например, такой формулы: 256 = 2 · 102 + 5 · 101 + 6 · 100, гдезначение цифры умножается на 10 в степени «разряд циф-ры». В числе 256 цифра 2 стоит во втором разряде и означаетдве сотни, поэтому умножается на 102; цифра 5 стоит в пер-вом разряде, означает 5 десятков и умножается на 101; циф-ра 6 стоит в нулевом разряде и умножается на 1, т.е. на 100.

Двоичная система счисления. В двоичной системе чис-лом в один разряд можно записать только два значения:0 или 1, и все — возможности разряда кончились. Два разря-да в двоичном числе позволяют записать четыре разныхчисла, а три разряда — восемь чисел. Увеличивая разряд-ность цифр в числе до N разрядов, можно в двоичной систе-ме описать 2N разных чисел, сосчитать 2N объектов.

Пусть в системе счисления с основанием р записано че-тырехзначное число х, цифры в котором обозначим знакамис индексом внизу а3а2а1а0. Здесь а0 — знак (цифра) для ну-левого разряда, а1 — для первого разряда и т.д.

Число можно представить выражениемх = а3 · р3 + а2 · p2 + а3 · p1 + а0 · p0.

231.3. Системы счисления

Сравним запись десятичного числа 1946 = 1 · 103 + 9 · 102 ++ 4 · 101 + 6 · 100 и двоичного 1010 = 1 · 23 + 0 · 22 + 1 · 21 + 0 · 20.Показатель степени, в которую необходимо возвести осно-вание р исходной системы счисления, совпадает с номеромсоответствующей позиции.

Так как компьютер использует двоичную систему счис-ления, в нем важную роль играют и часто упоминаются чис-ла, служащие степенью числа 2, например: 8 (23), 64 (26),128 (27), 256 (28). Самое большое 8-разрядное число с восе-мью двоичными единицами 11111111 = 1 · 27 + 1 · 26 + 1 · 25 ++ 1 · 24 + 1 · 23 + 1 · 22 + 1 · 21 + 1 · 20 равно десятичному числу128 + 64 + 32 + 16 + 8 + 4 + 2 + 1 = 255. Вместе с нулем по-лучается как раз 256 целых чисел, что равно 28.

Шестнадцатиричная система — система чисел по осно-ванию 16, использующая цифры от 0 до 9 и прописные илистрочные буквы латинского алфавита от А (эквивалент деся-тичного числа 10) до F (эквивалент десятичного числа 15).То есть в шестнадцатиричной системе счисления знаки-ци-фры — 0, 1, 2, 9, А, В, С, D, E, F. Число в двоичной системеразбивается на группы по четыре двоичных знака. Однагруппа дает 24 = 16 комбинаций. Десятичное число 396в двоичной системе обозначается как 110001100, а в шест-надцатиричной системе как 18С. Соответствие десятичных,двоичных и шестнадцатиричных чисел показано в табл. 1.1.

Шестнадцатиричная система счисления применяетсядля обозначений адресов ячеек оперативной памяти компью-тера, оттенков цвета и дает не такие длинные ряды цифр,

Таблица 1.1

Соответствие чисел: десятичные, двоичные, шестнадцатиричные

0 00000000 01 00000001 12 00000010 23 00000011 34 00000100 45 00000101 56 00000110 67 00000111 7

8 00001000 89 00001001 9

10 00001010 А11 00001011 В12 00001100 С13 00001101 D14 00001110 Е15 00001111 F16 00010000 10

Десятич-ное число

Двоичноечисло

Шестнадцати-ричное число




24 Глава 1. Информация и кодирование

Сравним запись десятичного числа 1946 = 1 · 103 + 9 · 102 ++ 4 · 101 + 6 · 100 и двоичного 1010 = 1 · 23 + 0 · 22 + 1 · 21 + 0 · 20.Показатель степени, в которую необходимо возвести осно-вание р исходной системы счисления, совпадает с номеромсоответствующей позиции.

Так как компьютер использует двоичную систему счис-ления, в нем важную роль играют и часто упоминаются чис-ла, служащие степенью числа 2, например: 8 (23), 64 (26),128 (27), 256 (28). Самое большое 8-разрядное число с восе-мью двоичными единицами 11111111 = 1 · 27 + 1 · 26 + 1 · 25 ++ 1 · 24 + 1 · 23 + 1 · 22 + 1 · 21 + 1 · 20 равно десятичному числу128 + 64 + 32 + 16 + 8 + 4 + 2 + 1 = 255. Вместе с нулем по-лучается как раз 256 целых чисел, что равно 28.

Шестнадцатиричная система — система чисел по осно-ванию 16, использующая цифры от 0 до 9 и прописные илистрочные буквы латинского алфавита от А (эквивалент деся-тичного числа 10) до F (эквивалент десятичного числа 15).То есть в шестнадцатиричной системе счисления знаки-ци-фры — 0, 1, 2, 9, А, В, С, D, E, F. Число в двоичной системеразбивается на группы по четыре двоичных знака. Однагруппа дает 24 = 16 комбинаций. Десятичное число 396в двоичной системе обозначается как 110001100, а в шест-надцатиричной системе как 18С. Соответствие десятичных,двоичных и шестнадцатиричных чисел показано в табл. 1.1.

Шестнадцатиричная система счисления применяетсядля обозначений адресов ячеек оперативной памяти компью-тера, оттенков цвета и дает не такие длинные ряды цифр,

Таблица 1.1

Соответствие чисел: десятичные, двоичные, шестнадцатиричные

0 00000000 01 00000001 12 00000010 23 00000011 34 00000100 45 00000101 56 00000110 67 00000111 7

8 00001000 89 00001001 9

10 00001010 А11 00001011 В12 00001100 С13 00001101 D14 00001110 Е15 00001111 F16 00010000 10








как давала бы двоичная система. Иногда после шестнадца-тиричного числа пишут букву h (hexamal). Например, 321hсоответствует десятичному 801 = 3 · 162 + 2 · 161 + 1 · 160,a FCh — это десятичное число 252 = 15 · 161 + 12 · 160.

1.4. Кодирование информацииДля автоматизации работы с различными данными (чис-

ловыми, текстовыми, звуковыми и др.) используется приемкодирования — выражение одного типа данных через дан-ные другого типа. Так, естественный человеческий языкпредставляет собой систему кодирования понятий для вы-ражения мыслей посредством речи, система кодированияБрайля используется у слепых. Разные системы кодирова-ния успешно применяются в различных отраслях техники,науки, экономики.

Сигналы в компьютере передаются посредством элект-рических импульсов. Чтобы различать каждую используе-мую цифру десятичной системы, понадобилось бы десятьразличных сигналов.

С технической точки зрения чем меньше видов сигна-лов, тем лучше. Поэтому для электронного вычислительногоустройства эффективнее и удобнее двоичная система коди-рования — представление чисел по основанию 2, при кото-ром значения выражаются комбинациями 0 и 1. Простотасовершаемых операций и возможность осуществлять авто-матическую обработку информации, реализуя только двазнака, дают преимущества, существенно превышающие не-достаток в виде быстрого роста числа разрядов.

Кодирование чисел

Числовую информацию компьютер обрабатывает в двоич-ной системе счисления. Таким образом, числа в компьютерепредставлены последовательностью цифр 0 и 1, называемыхбитами (бит — один разряд двоичного числа). В начале1980-х гг. процессоры для персональных компьютеров были8-разрядными, и за один такт работы процессора компьютермог обработать 8 бит, т.е. максимально обрабатываемое де-сятичное число не могло превышать 111111112 (или 25510).Последовательность из восьми бит называют байтом, т.е. 1байт = 8 бит. Затем разрядность процессоров росла, появи-лись 16-, 32- и, наконец, 64-разрядные процессоры для пер-сональных компьютеров, соответственно возросла и вели-чина максимального числа, обрабатываемого за один такт.

1.4. Кодирование информации 25

Использование двоичной системы для кодирования це-лых и действительных чисел позволяет с помощью 8 разря-дов кодировать целые числа от 0 до 255, 16 бит дает возмож-ность закодировать более 65 тыс. значений.

В ЭВМ применяются две формы представления чисел:• естественная форма, или форма с фиксированной за-

пятой. В этой форме числа изображаются в виде последова-тельности цифр с постоянным для всех чисел положениемзапятой, отделяющей целую часть от дробной, например+00456,78800; +00000,00786; –0786,34287. Эта форма неудоб-на для вычислений и применяется только как вспомога-тельная для целых чисел;

• нормальная форма, или форма с плавающей точкой.В этой форме число выражается с помощью мантиссы и по-рядка как N = ±M · P ±r, где М — мантисса числа (|M | < 1), r —порядок числа (целое число), Р — основание системы счисле-ния. Приведенные выше числа в нормальной форме будут пред-ставлены как +0,456788 · 103, +0,786 · 10–2, –0,3078634287 · 105.

Нормальная форма представления обеспечивает боль-шой диапазон отображения чисел и является основной в со-временных ЭВМ. Все числа с плавающей запятой хранятсяв ЭВМ в нормализованном виде. Нормализованным называ-ют такое число, старший разряд мантиссы которого большенуля.

В памяти ЭВМ для хранения чисел предусмотрены фор-маты: слово — длиной 4 байта, полуслово — 2 байта, двой-ное слово — 8 байт.

Разрядная сетка для чисел с плавающей запятой имеетследующую структуру:

• нулевой разряд — это знак числа;• с 1-го по 7-й разряд — записывается порядок в двоич-

ном коде;• с 8-го по 31-й — указывается мантисса.

Кодирование текстовых данных

Двоичная система позволяет кодировать и текстовуюинформацию. Восемь двоичных разрядов достаточно длякодирования 256 различных символов.

Первым международным кодом стал стандартный 7-бит-ный код ASCII (American Standard Code for InformationInterchange — американский стандартный код для обменаинформацией). Появление данного кода в 1963 г. сыграло


Использование двоичной системы для кодирования це-лых и действительных чисел позволяет с помощью 8 разря-дов кодировать целые числа от 0 до 255, 16 бит дает возмож-ность закодировать более 65 тыс. значений.

В ЭВМ применяются две формы представления чисел:• естественная форма, или форма с фиксированной за-

пятой. В этой форме числа изображаются в виде последова-тельности цифр с постоянным для всех чисел положениемзапятой, отделяющей целую часть от дробной, например+00456,78800; +00000,00786; –0786,34287. Эта форма неудоб-на для вычислений и применяется только как вспомога-тельная для целых чисел;

• нормальная форма, или форма с плавающей точкой.В этой форме число выражается с помощью мантиссы и по-рядка как N = ±M · P ±r, где М — мантисса числа (|M | < 1), r —порядок числа (целое число), Р — основание системы счисле-ния. Приведенные выше числа в нормальной форме будут пред-ставлены как +0,456788 · 103, +0,786 · 10–2, –0,3078634287 · 105.

Нормальная форма представления обеспечивает боль-шой диапазон отображения чисел и является основной в со-временных ЭВМ. Все числа с плавающей запятой хранятсяв ЭВМ в нормализованном виде. Нормализованным называ-ют такое число, старший разряд мантиссы которого большенуля.

В памяти ЭВМ для хранения чисел предусмотрены фор-маты: слово — длиной 4 байта, полуслово — 2 байта, двой-ное слово — 8 байт.

Разрядная сетка для чисел с плавающей запятой имеетследующую структуру:

• нулевой разряд — это знак числа;• с 1-го по 7-й разряд — записывается порядок в двоич-

ном коде;• с 8-го по 31-й — указывается мантисса.

Кодирование текстовых данных

Двоичная система позволяет кодировать и текстовуюинформацию. Восемь двоичных разрядов достаточно длякодирования 256 различных символов.

Первым международным кодом стал стандартный 7-бит-ный код ASCII (American Standard Code for InformationInterchange — американский стандартный код для обменаинформацией). Появление данного кода в 1963 г. сыграло


значительную роль, поскольку до этого различные компью-теры просто не могли взаимодействовать друг с другом.Каждый производитель по-своему представлял символыалфавита, цифры и управляющие коды.

В одних только аппаратных средствах корпорации IBMиспользовалось девять различных наборов кодировки симво-лов. Но взаимодействие между компьютерами стало насто-ятельной необходимостью. В 1961 г. комитет Американско-го национального института стандартов (ANSI), в которомбыла представлена бо´льшая часть производителей компью-теров, приступил к разработке международного стандарта.Комитету понадобилось свыше двух лет, чтобы проанали-зировать позиции всех сторон, найти компромисс и завер-шить разработку универсального кода. Код ASCII стал об-щим знаменателем для компьютеров, которые ранее неимели друг с другом ничего общего. Всем буквам, цифрам,знакам препинания и другим символам (управляющим ко-дам) были поставлены в соответствие стандартные число-вые значения. Код ASCII поддерживал 128 символов, вклю-чающих заглавные и строчные символы латиницы, цифры,специальные знаки и управляющие коды. Базовая табли-ца кодировки этого кода, начиная с 32-го кода, приведенав табл. 1.2. Коды 0�31 использованы в данной таблице какслужебные и управляющие.

Затем 7-битный код ASCII был расширен до 256 симво-лов и принят как 8-битный международный стандартASCII-2, причем коды с 128 по 256 этого стандарта былизадействованы для национальных языков разных стран.Для СССР в этой области была введена национальная ко-дировка КОИ-8 (код обмена информацией, восьмизнач-ный). Код ASCII остался одной из немногих технологий,которой удалось успешно пройти сквозь десятилетия и до-жить до наших дней. Сегодня на основе кода ASCII выпус-кается оборудование стоимостью в миллиарды долларов,большинство операционных систем до сих пор совместимос ASCII.

Существует несколько различных кодовых таблиц длярусского алфавита. Так, кодировка Windows-1251 была вве-дена компанией Microsoft и, учитывая широкое распрост-ранение операционной системы Windows и других про-граммных продуктов компании в России, она получилаширокое распространение и используется в персональныхкомпьютерах (ПК), работающих на этой платформе. Текст,

271.4. Кодирование информации

созданный в одной кодировке, совершенно по-другому вы-глядит и не читается в другой. Например, коду 222 соответ-ствуют разные символы в разных кодировках:

• КОИ-8 (операционная система UNIX) — ч;• Windows-1251 (операционная система Windows) — Ю;• ISO (стандарт для русского языка международной ор-

ганизации по стандартизации ISO) — О.Последним стандартом в области кодирования текстовой

информации считается 16-разрядный универсальный меж-

Таблица 1.2

Базовая таблица кодировки ASCII

32 пробел 56 8 80 Р 104 h33 ! 57 9 81 Q 105 i34 ” 58 : 82 R 106 j35 # 59 ; 83 S 107 k36 $ 60 < 84 Т 108 l37 % 61 = 85 U 109 m38 & 62 > 86 V 110 n39 ‘ 63 ? 87 W 111 o40 ( 64 @ 88 X 112 p41 ) 65 А 89 Y 113 q42 * 66 В 90 Z 114 r43 + 67 С 91 [ 115 s44 , 68 D 92 \ 116 t45 - 69 Е 93 ] 117 u46 . 70 F 94 ^ 118 v47 / 71 G 95 _ 119 w48 0 72 Н 96 ` 120 x49 1 73 I 97 а 121 y50 2 74 J 98 b 122 z51 3 75 К 99 с 123 {52 4 76 L 100 d 124 |53 5 77 М 101 е 125 }54 6 78 N 102 f 126 ~55 7 79 О 103 g 127

Код Символ Код Символ Код Символ Код Символ


созданный в одной кодировке, совершенно по-другому вы-глядит и не читается в другой. Например, коду 222 соответ-ствуют разные символы в разных кодировках:

• КОИ-8 (операционная система UNIX) — ч;• Windows-1251 (операционная система Windows) — Ю;• ISO (стандарт для русского языка международной ор-

ганизации по стандартизации ISO) — О.Последним стандартом в области кодирования текстовой

информации считается 16-разрядный универсальный меж-

Таблица 1.2

Базовая таблица кодировки ASCII

32 пробел 56 8 80 Р 104 h33 ! 57 9 81 Q 105 i34 ” 58 : 82 R 106 j35 # 59 ; 83 S 107 k36 $ 60 < 84 Т 108 l37 % 61 = 85 U 109 m38 & 62 > 86 V 110 n39 ‘ 63 ? 87 W 111 o40 ( 64 @ 88 X 112 p41 ) 65 А 89 Y 113 q42 * 66 В 90 Z 114 r43 + 67 С 91 [ 115 s44 , 68 D 92 \ 116 t45 - 69 Е 93 ] 117 u46 . 70 F 94 ^ 118 v47 / 71 G 95 _ 119 w48 0 72 Н 96 ` 120 x49 1 73 I 97 а 121 y50 2 74 J 98 b 122 z51 3 75 К 99 с 123 {52 4 76 L 100 d 124 |53 5 77 М 101 е 125 }54 6 78 N 102 f 126 ~55 7 79 О 103 g 127

Код Символ Код Символ Код Символ Код Символ


дународный код Unicode (UNIversal CODE), позволяющийкодировать 65 536 различных символов. Unicode охватыва-ет 28 тыс. букв, знаков, слогов и иероглифов национальныхязыков мира, и 30 тыс. мест в нем зарезервировано.

Кодирование графических данных

Графическое изображение при его увеличении можетбыть представлено в виде мельчайших точек, которые обра-зуют характерный узор — растр. Таким образом, любое изо-бражение можно закодировать с помощью координат точек,имеющих индивидуальную яркость. Любое черно-белоеизображение можно передать с помощью 256 градаций се-рого цвета (от белого до черного), тем самым яркость каж-дой точки черно-белого изображения можно закодировать8-разрядным двоичным числом — одним байтом.

Для кодирования цветных графических изображенийприменяется принцип декомпозиции (разложения) цветана основные составляющие: красный (Red), зеленый (Green)и синий (Blue). Этот принцип базируется на том, что любойцвет можно получить путем смешения трех указанных цветов.Система кодирования по первым буквам названий основ-ных смешиваемых цветов называется системой RGB и опи-сывает поведение аддитивной цветовой модели, свойства ко-торой иллюстрируют при помощи цветовых кругов (рис. 1.1).Если для кодирования яркости каждого составляющего цве-та использовать 256 градаций (8-разрядное число), как этопринято для черно-белого изображения, то для кодирова-ния цветной точки растра достаточно 24-разрядного двоич-ного числа.

Такой режим представления цветной графики называет-ся полноцветным (True Color) и позволяет зафиксироватьоколо 16,5 млн различных цветовых оттенков при помощи3 байт. Каждому из основных цветов можно поставить в со-ответствие дополнительный цвет, т.е. цвет, дополняющийосновной до белого. К дополнительным цветам относятся:голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и желтый (Yellow).Принцип декомпозиции применим и для дополнительныхцветов, т.е. любой цвет может быть получен путем их сме-шения. Такой метод кодирования цвета применяется в по-лиграфии, где используется дополнительно еще и четвертаякраска — черная (Вlack). Эта система кодирования носитназвание СMYK (черный цвет указан в названии последнейбуквой своего названия для того, чтобы не путать его в со-


кращениях и аббревиатурах с синим — Blue). Данный режимпредставления графики использует 32 разряда и тоже назы-вается полноцветным (True Color). Если уменьшить количе-ство двоичных разрядов, используемых для кодировки каж-дой точки, в два раза, то можно сократить объем данных,но диапазон цветов при этом уменьшится до 65 536 оттен-ков. Такое кодирование цветной графики 16-разряднымидвоичными числами называется режимом High Color.

При работе с цветной графикой применяется индексныйметод кодирования. Здесь код каждой точки растра хранитне цвет, а только его номер (индекс) в некоей справочнойтаблице, называемой палитрой, которая должна обязатель-но прикладываться к графическим данным.

Графическая информация на экране дисплея формиру-ется из точек (пикселей). Пиксел — от picture element, чтоозначает элемент изображения. В современных компьюте-рах разрешающая способность (количество точек на экранедисплея) зависит от видеоадаптера и может меняться про-граммно. Цветные изображения могут иметь различныережимы: 16 цветов, 256 цветов, 65 536 цветов (High Color),16 777 216 цветов (True Color). Таким образом, например, длярежима High Color на один пиксель приходится 16 бит памя-ти и при разрешающей способности экрана 800 � 600 точектребуемый для хранения его изображения объем видеопамя-ти составит V = 2 байта · 480000 = 960 000 байт = 937,5 Кбайт.Аналогично рассчитывается объем видеопамяти, необходи-мый для хранения битовой карты изображения при другихвидеорежимах. В видеопамяти компьютера хранится бито-

Рис. 1.1. Система RGB в виде цветовых кругов

Синий

Красный

Пурпурный Голубой

Белый

Желтый

Зеленый


кращениях и аббревиатурах с синим — Blue). Данный режимпредставления графики использует 32 разряда и тоже назы-вается полноцветным (True Color). Если уменьшить количе-ство двоичных разрядов, используемых для кодировки каж-дой точки, в два раза, то можно сократить объем данных,но диапазон цветов при этом уменьшится до 65 536 оттен-ков. Такое кодирование цветной графики 16-разряднымидвоичными числами называется режимом High Color.

При работе с цветной графикой применяется индексныйметод кодирования. Здесь код каждой точки растра хранитне цвет, а только его номер (индекс) в некоей справочнойтаблице, называемой палитрой, которая должна обязатель-но прикладываться к графическим данным.

Графическая информация на экране дисплея формиру-ется из точек (пикселей). Пиксел — от picture element, чтоозначает элемент изображения. В современных компьюте-рах разрешающая способность (количество точек на экранедисплея) зависит от видеоадаптера и может меняться про-граммно. Цветные изображения могут иметь различныережимы: 16 цветов, 256 цветов, 65 536 цветов (High Color),16 777 216 цветов (True Color). Таким образом, например, длярежима High Color на один пиксель приходится 16 бит памя-ти и при разрешающей способности экрана 800 � 600 точектребуемый для хранения его изображения объем видеопамя-ти составит V = 2 байта · 480000 = 960 000 байт = 937,5 Кбайт.Аналогично рассчитывается объем видеопамяти, необходи-мый для хранения битовой карты изображения при другихвидеорежимах. В видеопамяти компьютера хранится бито-

Рис. 1.1. Система RGB в виде цветовых кругов

Синий

Красный

Пурпурный Голубой

Белый

Желтый

Зеленый


вый план, представляющий собой двоичный код изображе-ния, который считывается в соответствии с частотой кадро-вой развертки и отображается на экране монитора.

Кодирование звуковой информации

Звук — непрерывный сигнал. При двоичном кодирова-нии аналогового звукового сигнала непрерывный сигналдискретизируется, т.е. заменяется серией отдельных выбо-рок с заданной периодичностью. Качество двоичного коди-рования зависит от двух параметров: количества распозна-ваемых дискретных уровней сигнала и количества выборокв секунду. Периодичность выборок определяется частотойдискретизации. Оцифрованный звуковой сигнал соответст-вует исходному аналоговому сигналу в том случае, если ча-стота дискретизации не меньше удвоенной частоты наивыс-шей гармоники этого исходного сигнала. Человек слышитзвуки в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, поэтому максималь-ная частота дискретизации должна быть не менее 40 кГц.

Одновременно с дискретизацией осуществляется кван-тование отсчетов по амплитуде — измерение мгновенныхзначений амплитуды и преобразование их в цифровой код.Точность измерения зависит от количества разрядов кодо-вого слова. При длине кодового слова 8 бит количество гра-даций амплитуды составляет 256, при 16 битах — 65 536.На рис. 1.2 показан процесс дискретизации и квантованияаналогового сигнала 3-разрядными числами.

Для стереозвука дискретизация и квантование выполня-ются отдельно и независимо для левого и правого каналов.Для записи и воспроизведения звука в компьютерах исполь-

Рис. 1.2. Дискретизация по времени и квантованиепо уровню аналогового сигнала

XA

111

110

101

100

011

010

001

000

Уро

вень

кван

това

ния

Исходный аналоговый сигнал

Дискретный сигнал

3-разрядное квантованиесигнала


зуются звуковые карты, которые обеспечивают 8- или 16-бит-ные выборки.

Качество звука в дискретной форме может быть плохим(качество радиотрансляции) при 8 битах и 5,5 кГц и доста-точно высоким (качество аудио-CD) при 16 битах и 44 кГц.Объем аудиофайла с длительностью звучания 1 с при хоро-шем качестве звука составит V = 16 бит · 44 000 = 88 Кбайт.Для уменьшения объема хранения аудиоинформации при-меняют методы компрессии (сжатия), уменьшающие объембез ухудшения качества до 20% первоначального.

При генерировании звучания различных музыкальныхинструментов используются синтезаторы, применяющиетакие методы, как метод частотной модуляции (FM-синтез)и таблицы волн (WТ-синтез).

Кодирование видеоинформации

Видеоинформация формируется в результате организа-ции потокового видео — последовательности «движущихсяизображений». Оцифровка видеофрагмента связана с про-блемами обеспечения очень больших скорости обменаи объема данных. Проблема повышения скорости обменарешается путем разработки быстродействующих накопите-лей данных. Для уменьшения объема данных, содержащихсяв видеопотоке (до 9 Мб/с), для записи информации в ЭВМобычно применяют кодирование со сжатием потока данных.Размер файла сжатого дискретного неподвижного изображе-ния зависит от четырех параметров: площади изображения,разрешения, числа битов, необходимых для представленияпикселя, и коэффициента сжатия. В видеофильме к этомуеще добавляется число образующих его неподвижных изоб-ражений. Выбор коэффициента сжатия — компромисс междупропускной способностью системы и качеством восстанав-ливаемого изображения. Чем выше коэффициент сжатия,тем ниже качество изображения. Поэтому выбор указанныхпараметров обосновывается технико-экономическим ана-лизом и алгоритмом сжатия.

Существует немало технологий сжатия/восстановленияизображений. Наиболее популярная предложена объеди-ненной группой экспертов в области фотографии (JointPhotographic Experts Group, JPEG) и позволяет сократитьразмеры графического файла в 10—12 раз. Для сжатия ви-деоинформации применяют технологию стандарта MPEG


зуются звуковые карты, которые обеспечивают 8- или 16-бит-ные выборки.

Качество звука в дискретной форме может быть плохим(качество радиотрансляции) при 8 битах и 5,5 кГц и доста-точно высоким (качество аудио-CD) при 16 битах и 44 кГц.Объем аудиофайла с длительностью звучания 1 с при хоро-шем качестве звука составит V = 16 бит · 44 000 = 88 Кбайт.Для уменьшения объема хранения аудиоинформации при-меняют методы компрессии (сжатия), уменьшающие объембез ухудшения качества до 20% первоначального.

При генерировании звучания различных музыкальныхинструментов используются синтезаторы, применяющиетакие методы, как метод частотной модуляции (FM-синтез)и таблицы волн (WТ-синтез).

Кодирование видеоинформации

Видеоинформация формируется в результате организа-ции потокового видео — последовательности «движущихсяизображений». Оцифровка видеофрагмента связана с про-блемами обеспечения очень больших скорости обменаи объема данных. Проблема повышения скорости обменарешается путем разработки быстродействующих накопите-лей данных. Для уменьшения объема данных, содержащихсяв видеопотоке (до 9 Мб/с), для записи информации в ЭВМобычно применяют кодирование со сжатием потока данных.Размер файла сжатого дискретного неподвижного изображе-ния зависит от четырех параметров: площади изображения,разрешения, числа битов, необходимых для представленияпикселя, и коэффициента сжатия. В видеофильме к этомуеще добавляется число образующих его неподвижных изоб-ражений. Выбор коэффициента сжатия — компромисс междупропускной способностью системы и качеством восстанав-ливаемого изображения. Чем выше коэффициент сжатия,тем ниже качество изображения. Поэтому выбор указанныхпараметров обосновывается технико-экономическим ана-лизом и алгоритмом сжатия.

Существует немало технологий сжатия/восстановленияизображений. Наиболее популярная предложена объеди-ненной группой экспертов в области фотографии (JointPhotographic Experts Group, JPEG) и позволяет сократитьразмеры графического файла в 10—12 раз. Для сжатия ви-деоинформации применяют технологию стандарта MPEG


(Motion Picture Expert Group). Алгоритм MPEG преобразуетизображение в поток сжатых данных, учитывая то, что чело-век, видящий движущийся объект, сосредоточивает вниманиена нем, а неподвижный фон воспринимает в меньшей степени.Это позволяет выделять меняющиеся и «замороженные»фрагменты в кадре: актер движется, а декорация не меняется,что позволяет экономить на размере информации, основ-ную картинку оцифровать один раз, а далее фиксироватьи передавать только изменения. Видеоформат MPEG-1, со-зданный в конце 1980-х гг. и использовавшийся в Video-CD,уступил место более качественному MPEG-2, а новый стан-дарт MPEG-4, разработанный фирмой Microsoft в 1999 г.,и его модификация DivX позволили размещать видеофильмхорошего качества на обычном компакт-диске.

Мультимедиаинформация — сочетание текстовой, звуко-вой, графической, видеоинформации, представляемой наэкране компьютера или мультимедиапроектора. Мультимедиа-информация обладает огромными объемами, поэтому сжима-ется программами сжатия, а перед воспроизведением восста-навливается, как говорят, «на лету» по мере поступленияпотока данных. Мультимедийные компьютерные программыпозволяют формировать параллельные потоки информации:текстовой, визуальной и звуковой.

1.5. Измерение информацииМера информации

Измерение информации может рассматриваться как оп-ределение ее количества и объема данных. В зависимости отформы адекватности информации эти параметры имеютразную интерпретацию.

Синтаксическая мера информации не выражает смысло-вого отношения к объекту, и объем данных в сообщении из-меряется количеством символов (разрядов) в этом сообще-нии. В двоичной системе количество разрядов измеряетсяв битах, в десятичной системе счисления — в дитах. Так, со-общение в десятичной системе счисления в виде числа57 332 имеет объем данных 5 дит, а сообщение в двоичнойсистеме 01101111 — 8 бит. Количество информации на син-таксическом уровне связано с понятием неопределенностисостояния системы (энтропии системы), которое былосформулировано К. Шенноном, и измеряется изменением(уменьшением) неопределенности системы.

331.5. Измерение информации

Для измерения смыслового содержания информации насемантическом уровне применяется тезаурусная мера. Теза-урус — совокупность сведений, которыми располагает поль-зователь или система.

Прагматическая мера информации определяет полез-ность информации для достижения пользователем постав-ленной цели.

Единицы измерения информации

Бит — минимальная единица измерения информации,количество информации, которым описывается состояние«включен» (1) или «выключен» (0). Слово «бит» произо-шло от Binary Digit (двоичная цифра). Именно такое опреде-ление единицы «бит» и дано выше в подразделе «Кодирова-ние чисел». Есть ли электрическое напряжение на выводахсхемы, есть ли электрический заряд в ячейке памяти, какоеиз двух возможных противоположных направлений намаг-ниченности в данной области магнитного носителя, отража-ет ли свет лазерный оптический диск — все это вопросы,требующие ответа Да или Нет, один из которых трактуетсякак логическая единица, а второй — как логический нуль,поэтому электронный способ счета основан всего на двухцифрах, 0 и 1. Именно данные в формате этих цифр поруча-ется хранить компьютерной памяти и обрабатывать вычис-лительной системе.

Байт — единица измерения количества информации,объема памяти и емкости запоминающего устройства. В па-мяти ЭВМ байт — наименьшая адресуемая единица данных,обрабатываемая как единое целое (в первых компьютерахза раз могло обрабатываться число длиной 8 бит), поэтомув качестве единицы измерения объема компьютерной ин-формации выбрана более крупная, чем бит, единица инфор-мации — байт, последовательность 8 бит, т.е. 1 байт = 8 бит.

В символьных (текстовых) данных каждый символ ко-дируется (обозначается) одним байтом. Уникальное 8-би-товое обозначение (код) получают заглавные и строчныебуквы английского и русского алфавитов, цифры от 0 до 9,знаки препинания, другие символы (процент, номер) и не-которые управляющие коды передачи информации. На од-ной машинописной странице при размещении 50 строк и 60символов текста в одной строке помещается 3 тыс. симво-лов, следовательно, для хранения такого текста потребуется3 тыс. байт машинной памяти.


Для измерения смыслового содержания информации насемантическом уровне применяется тезаурусная мера. Теза-урус — совокупность сведений, которыми располагает поль-зователь или система.

Прагматическая мера информации определяет полез-ность информации для достижения пользователем постав-ленной цели.

Единицы измерения информации

Бит — минимальная единица измерения информации,количество информации, которым описывается состояние«включен» (1) или «выключен» (0). Слово «бит» произо-шло от Binary Digit (двоичная цифра). Именно такое опреде-ление единицы «бит» и дано выше в подразделе «Кодирова-ние чисел». Есть ли электрическое напряжение на выводахсхемы, есть ли электрический заряд в ячейке памяти, какоеиз двух возможных противоположных направлений намаг-ниченности в данной области магнитного носителя, отража-ет ли свет лазерный оптический диск — все это вопросы,требующие ответа Да или Нет, один из которых трактуетсякак логическая единица, а второй — как логический нуль,поэтому электронный способ счета основан всего на двухцифрах, 0 и 1. Именно данные в формате этих цифр поруча-ется хранить компьютерной памяти и обрабатывать вычис-лительной системе.

Байт — единица измерения количества информации,объема памяти и емкости запоминающего устройства. В па-мяти ЭВМ байт — наименьшая адресуемая единица данных,обрабатываемая как единое целое (в первых компьютерахза раз могло обрабатываться число длиной 8 бит), поэтомув качестве единицы измерения объема компьютерной ин-формации выбрана более крупная, чем бит, единица инфор-мации — байт, последовательность 8 бит, т.е. 1 байт = 8 бит.

В символьных (текстовых) данных каждый символ ко-дируется (обозначается) одним байтом. Уникальное 8-би-товое обозначение (код) получают заглавные и строчныебуквы английского и русского алфавитов, цифры от 0 до 9,знаки препинания, другие символы (процент, номер) и не-которые управляющие коды передачи информации. На од-ной машинописной странице при размещении 50 строк и 60символов текста в одной строке помещается 3 тыс. симво-лов, следовательно, для хранения такого текста потребуется3 тыс. байт машинной памяти.


Для записи чисел короче 8 бит в байтах добавляютсяслева нули (см. табл. 1.1). Левые нули не меняют двоичноечисло, но создают единую форму записи чисел — 8 бит налюбое число от 0 до 255.

В десятичной системе счисления укрупненные единицыизмерения обозначаются приставками к названию кило,Мега, Гига, что соответствует увеличению численного зна-чения на множитель десять в степени: 103 = 1000 (тысяча),106 =1 000 000 (миллион), 109 = 1 000 000 000 (миллиард),т.е. переход к следующей, более крупной, единице сопровож-дается умножением на 1000 (103). В двоичной системе укруп-ненные единицы измерения тоже обозначаются приставка-ми к названию кило, Мега, Гига, Тера, Пета, Экза, но ониувеличивают численное значение на множитель 2 в степени:210, 220, 230, 240, 250, 260, т.е. переход к следующей, более круп-ной, единице сопровождается умножением на 210 = 1024:

• 1 Кбайт = 1024 байт = 210 байт;• 1 Мбайт = 1024 Кбайт = 220 байт;• 1 Гбайт = 1024 Мбайт = 230 байт;• 1 Тбайт = 1024 Гбайт = 240 байт;• 1 Пбайт = 1024 Гбайт = 250 байт;• 1 Эбайт = 1024 Пбайт = 260 байт.Передача информации по каналам связи характеризуется

скоростью передачи данных: бит в секунду, Кбит/с, Мбит/си др. Количество переданных бит удобнее считать в десятич-ной системе счисления, поэтому приставки в единицах изме-рения скорости связаны коэффициентом 1000 (103). Едини-ца измерения скорости передачи данных 1 бит/с называетсябодом.

Контрольные вопросы и задания1. Сопоставьте понятия «информация» и «данные».2. Каковы основные свойства информации?3. Охарактеризуйте виды и формы представления информации.4. Сопоставьте аналоговую и цифровую обработку информации.5. Что называют системой счисления?6. Что называют основанием системы счисления?7. Запишите десятичные числа 12345 и 13113 в двоичной сис-

теме.8. Одинаковое или разное количество ячеек памяти необходи-

мо для сохранения чисел из задания 7?9. Запишите десятичные числа 12345, 6789 и 0,0009876543

в нормальной форме и в нормализованном виде.

Контрольные вопросы и задания 35

10. В чем различие систем кодирования цвета RGB и CMYK?11. Размер рисунка на экране монитора уменьшен вдвое по

обеим координатам. Является ли такое преобразование неискажа-ющим?

12. Во сколько раз изменится размер файла с уменьшеннымрисунком из задания 11?

13. В графическом редакторе Paint можно сохранить рисунокв файл с 24-разрядным представлением. Какому режиму (HighColor или True Color) это соответствует?

14. Студент создает 20-минутный видеоролик для демонстра-ции на круглом столе. Каков будет размер несжатого файла, еслидемонстрация будет проходить на экране с разрешением 1024�768при режиме в 256 цветов и с частотой обновления кадров 50 Гц?

15. В память каждого из двух компьютеров записано по 4-раз-рядному двоичному числу. Можно ли утверждать, что объем запи-санной информации равен 1 байту?

16. Сопоставьте определения единиц измерения информа-ции — бита и байта.

17. Каковы обозначения и значения укрупненных единиц из-мерения информации в двоичной системе счисления?


10. В чем различие систем кодирования цвета RGB и CMYK?11. Размер рисунка на экране монитора уменьшен вдвое по

обеим координатам. Является ли такое преобразование неискажа-ющим?

12. Во сколько раз изменится размер файла с уменьшеннымрисунком из задания 11?

13. В графическом редакторе Paint можно сохранить рисунокв файл с 24-разрядным представлением. Какому режиму (HighColor или True Color) это соответствует?

14. Студент создает 20-минутный видеоролик для демонстра-ции на круглом столе. Каков будет размер несжатого файла, еслидемонстрация будет проходить на экране с разрешением 1024�768при режиме в 256 цветов и с частотой обновления кадров 50 Гц?

15. В память каждого из двух компьютеров записано по 4-раз-рядному двоичному числу. Можно ли утверждать, что объем запи-санной информации равен 1 байту?

16. Сопоставьте определения единиц измерения информа-ции — бита и байта.

17. Каковы обозначения и значения укрупненных единиц из-мерения информации в двоичной системе счисления?


Глава 2ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЩЕСТВО.

ИНФОРМАЦИОННЫЕИ КОММУНИКАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

После изучения главы 2 студент должен:знать• основные признаки информационного общества;• определение и назначение информационных технологий;• основные виды операций с данными, выполняемых с помо-

щью информационных технологий;• этапы развития электронных вычислительных машин (ЭВМ);• общую классификацию распространенных видов программ-

ного обеспечения для компьютеров;уметь• сопоставлять решаемые задачи обработки информации

и возможные средства их профессионального выполнения;владеть• основными понятиями, связанными с переходом к информа-

ционному обществу.

2.1. Информационные процессыи информационное общество

В основе взаимоотношений человека с окружающим егомиром и обществом лежат информационные процессы. Че-ловек воспринимает информацию, слушая радио, просматри-вая телевизионные передачи, читая литературу. Каждый такойпроцесс включает соответствующие адекватные методы,позволяющие воспринять данные, передаваемые посредст-вом радиопередачи, телевидения, понять текст, напечатан-ный в книге или газете. Полученную информацию человекпреобразовывает и сохраняет в виде некоторого образа, но-вого текстового документа, условного распоряжения, при-нятого решения.

Информационный процесс — цикл образования информа-ции из данных и немедленного их сохранения в виде новыхданных в результате применения к ним соответствующихметодов.

Политические, экономические, правовые и другие взаимо-отношения имеют в своей основе информационный харак-тер. В вычислительной технике информационный процесстакже протекает в ходе взаимодействия данных и методов,однако здесь некоторые этапы проходят автоматически,без участия человека. В ходе этих этапов данные взаимодей-ствуют с аппаратными и программными методами.

В истории человечества выделяются три социально-тех-нологические фазы: аграрная, индустриальная и информа-ционная. Экономическая деятельность в аграрном общест-ве была связана с производством продуктов питания,в индустриальном обществе — с производством промыш-ленных товаров.

Информационное (постиндустриальное) общество — но-вая историческая фаза развития цивилизации, в которойглавными продуктами производства являются информацияи знания.

Отличительные черты информационного общества:• увеличивающаяся роль информации и знаний в жизни

общества;• возрастающая доля информационных коммуникаций,

продуктов и услуг в валовом внутреннем продукте;• глобальное информационное пространство, обеспечи-

вающее людям: а) эффективное информационное взаимо-действие, б) доступ к мировым информационным ресурсам,в) удовлетворение потребностей в информационных про-дуктах и услугах.

Информационные технологии и Интернет бурно разви-ваются с 1980-х гг., играют качественно новую роль в эконо-мической и социальной жизни развитых стран: оказываютогромное влияние на общество, экономику, профессиональ-ную деятельность.

Основной экономической деятельностью отдельных лю-дей и целых государств становится производство и потреб-ление информации и знаний, необходимых для функциони-рования всего хозяйства. Информация и знания становятсятакими же или более значимыми стратегическими ресурса-ми, как природные богатства, энергетические ресурсы, труди капитал. Материальные затраты на хранение и обработку

38 Глава 2. Информационное общество...

ÈÍÔÎÐÌÀÒÈÊÀ È ÈÍÔÎÐÌÀÖÈÎÍÍÛÅ ÒÅÕÍÎËÎÃÈÈ · 9.2....

Documents

Transcript of ÈÍÔÎÐÌÀÒÈÊÀ È ÈÍÔÎÐÌÀÖÈÎÍÍÛÅ ÒÅÕÍÎËÎÃÈÈ · 9.2....