Человек и информация

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

^{Человек и информация}

Информация и знания

К слову «информация» люди привыкли очень давно. Если спросить вас, что такое информация, то, наверное, прежде всего вы вспомните газеты, радио, телевидение, то есть все то, что называют средствами массовой информации. Именно здесь чаще всего употребляются такие выражения, как «информационное сообщение» или «оперативная информация». Цель таких сообщений — довести до читателей или слушателей сведения о каких-то событиях. До получения сообщения мы не знали о данном событии, а в результате — стали знать.

Все, что мы с вами знаем, мы когда-то узнали от родителей, учителей, из книг, из личного практического опыта и сохранили в своей памяти. В свою очередь все, что написано в книгах, журналах, газетах, отражает знания авторов этих текстов, а потому это тоже информация.

Информация для человека — это знания, которые он получает из различных источников.

Учеба в школе — это целенаправленный процесс получения знаний, а значит — получения информации. Чем больше вы учитесь, тем больше информации содержит ваша память.

А теперь давайте подумаем, что же представляют собой наши знания. Попробуйте сформулировать какие-нибудь свои конкретные знания! Например, может получиться вот такой перечень:

я знаю, что Земля вращается вокруг Солнца;
я знаю, что Байкал — самое глубокое в мире пресное
озеро;
я знаю, как собрать радиоприемник;
я знаю, что Пушкин родился в 1799 году;
я знаю, как перемножить две простые дроби;

я знаю, как выращивать помидоры;

я знаю, что квадрат гипотенузы равен сумме квадратов
катетов (теорема Пифагора).

Всю эту «кучу» знаний можно разделить на две группы. Знания первой группы начинаются со слов «Я знаю, что...». Такие знания принято называть декларативными (от слова декларация, что значит утверждение, сообщение). К этой группе относятся знания об определенных явлениях (Земля вращается вокруг Солнца), событиях (Пушкин родился в 1799 году), свойствах объектов (Байкал — самое глубокое в мире пресное озеро), зависимостях (теорема Пифагора).

Знания второй группы, начинающиеся со слов «Я знаю, как...», называются процедурными. Они определяют действия для достижения какой-либо цели (как собрать радиоприемник, перемножить дроби, вырастить помидоры).

Классификация знаний — очень важный вопрос для науки. Данное выше разделение знаний на декларативные и процедурные является одним из возможных, но не единственным.

А теперь подумаем вот о чем: что человек делает с информацией, то есть со своими знаниями?

Во-первых, человек хранит информацию либо в собственной памяти (иногда говорят — в уме), либо на каких-то внешних носителях. Чаще всего — на бумаге.

Те сведения, которые мы помним, всегда нам доступны. Например, если вы зазубрили таблицу умножения, то вам никуда не нужно заглядывать для того, чтобы ответить на вопрос, сколько будет пятью пять. Каждый человек помнит свой домашний адрес, номер телефона, а также адреса и телефоны близких людей. Если же понадобится адрес или телефон, которые вы не помните, то поможет записная книжка или телефонный справочник.

Память человека можно назвать оперативной памятью. Здесь слово «оперативный» является синонимом слова «быстрый». Заученные знания воспроизводятся человеком мгновенно. Свою память мы еще можем назвать внутренней памятью, поскольку ее носитель, мозг, находится внутри человеческого тела.

Записные книжки, справочники, энциклопедии, магнитные записи назовем внешними хранилищами информации. Они выполняют вспомогательную роль для нашей памяти. Чтобы воспользоваться информацией из внешнего источника, ее сначала нужно сделать оперативной (прочитать номер телефона), а потом использовать по назначению (набрать номер на аппарате).

Оперативную информацию человек может забыть. Информация на внешних носителях хранится надежнее. Книги, записи можно рассматривать как расширение памяти, как нашу внешнюю память.

Во-вторых, человеку постоянно приходится участвовать в процессе передачи информации. Передача может происходить при непосредственном разговоре между людьми, через переписку, с помощью технических средств связи: телефона, радио, телевидения. Такие средства связи называются каналами передачи информации.

В процессе передачи информация может искажаться или теряться, если информационные каналы плохого качества или на линии связи действуют помехи (шумы). Многие знают, как трудно общаться при плохой телефонной связи.

Передача информации — всегда двусторонний процесс: есть источник и есть приемник информации. Источник передает (отправляет) информацию, а приемник ее получает (воспринимает). Читая книгу или слушая учителя, вы являетесь приемниками информации, работая над сочинением по литературе или отвечая на уроке — источником информации. Каждому человеку постоянно приходится переходить от роли источника к роли приемника информации.

В-третьих, человеку почти непрерывно приходится заниматься обработкой информации. Вот несколько примеров обработки:

получение новой информации из данной путем математических вычислений или логических рассуждений;
например, решение математической задачи, раскрытие
следователем преступления по собранным уликам;
изменение формы представления информации без изменения ее содержания; например, перевод текста с одного языка на другой, шифровка (кодирование) текста;

— упорядочение (сортировка) информации; например,
упорядочение списка учеников класса в алфавитном по рядке по фамилиям; упорядочение расписания поездов по времени отправления;

— поиск нужной информации в некотором информационном массиве; например, поиск номера телефона в телефонной книге, поиск перевода иностранного слова в словаре, поиск сведений о рейсе самолета в расписании
аэропорта.

Действия, выполняемые с информацией, называются информационными процессами. Есть три типа информационных процессов: хранение, передача и обработка информации.

Человек воспринимает информацию из окружающего мира с помощью своих органов чувств; их пять: зрение, слух, вкус, обоняние, осязание.

Более 90% информации поступает к нам через зрение и слух. Но и запахи, вкусовые и осязательные ощущения тоже несут информацию. Например, почувствовав запах гари, вы узнали, что на кухне сгорел обед, о котором забыли. На вкус вы легко узнаете знакомую пищу, на ощупь — знакомые предметы даже в темноте.

Информация, воспринимаемая человеком в речевой или письменной форме, называется символьной, или знаковой информацией.

В письменном тексте содержатся буквы, знаки препинания, цифры и другие символы. Устная речь тоже складывается из знаков. Только эти знаки не письменные, а звуковые — фонемы. Из фонем складываются слова, из слов — фразы. Между письменными знаками и звуками есть прямая связь. Сначала появилась речь, а потом — письменность. Письменность для того и нужна, чтобы зафиксировать на бумаге человеческую речь. Отдельные буквы или сочетания букв обозначают звуки речи, а знаки препинания — паузы, интонацию.

Человеческая речь и письменность тесно связаны с понятием языка. Конечно, имеется в виду не орган- речи, а форма общения между людьми. У каждого народа свой национальный разговорный язык. Эти языки — русский, английский, китайский, французский — называются естественными языками. Естественные языки имеют устную и письменную формы.

Кроме разговорных (естественных) языков существуют формальные языки. Как правило, это языки какой-нибудь профессии или области знаний. Например математическую символику можно назвать формальным языком математики; нотная грамота — формальный язык музыки.

Язык — это знаковая система представления информации. Общение на языках — это процесс передачи информации в знаковой форме.

Можно привести примеры разных способов знакового обмена информацией, заменяющих речь. Например, глухонемые люди речь заменяют жестикуляцией. Жесты дирижера передают информацию музыкантам. Судья на спортивной площадке пользуется определенным языком жестов, понятным игрокам.

Однако запахи, вкусовые и осязательные ощущения не могут быть переданы с помощью знаков. Безусловно, они несут информацию, поскольку мы их запоминаем, узнаем. Такую информацию будем называть образной информацией. К образной относится также информация, воспринимаемая зрением и слухом, шум ветра, пение птиц, картины природы, живопись.

Коротко о главном

Информация для человека — это знания.

Разнообразные знания человека можно разделить на две группы: декларативные (Я знаю, что...) и процедурные (Я знаю, как...).

Действия, выполняемые с информацией (информационные процессы): хранение, передача, обработка.

Человек хранит информацию в собственной памяти (внутренняя, оперативная информация) и на внешних носителях: бумаге, магнитной ленте (внешняя информация).

С помощью своих органов чувств человек воспринимает символьную и образную информацию.

Символьная (знаковая) информация представляется по правилам какого-либо языка. Языки бывают естественными и формальными.

Символьная информация воспринимается человеком главным образом через зрение и слух, а передается — в речевой и письменной формах. Символьная информация сохраняется человеком в своей памяти и на внешних носителях, передается между людьми, подвергается обработке.

Образная информация — это сохраненные в памяти ощущения человека от контакта с источником (вкусы, запахи, осязательные ощущения, зрительные и звуковые образы).

Как измерить информацию. Содержательный подход

Вопрос «как измерить информацию?» очень непростой. Ответ на него зависит от того, что понимать под информацией. Но поскольку определять информацию можно по-разному, то и- способы измерения тоже могут быть разными.

Выше мы подошли к информации только с одной стороны: выяснили, чем она является для человека. Другую точку зрения на/информацию, объективную, то есть не связанную с ее отношением к человеку, мы обсудим несколько позже.

Итак, пока остаемся на прежней позиции: информация — это знания человека. Отсюда следует вывод, что сообщение информативно (содержит ненулевую информацию), если оно пополняет знания человека. Например, прогноз погоды на завтра — информативное сообщение, а сообщение о вчерашней погоде неинформативно: нам это уже известно.

Нетрудно понять, что информативность одного и того же сообщения может быть разной для разных людей. Например: 2x2 = 4 информативно для первоклассника, изучающего таблицу умножения, и неинформативно для старшеклассника. Отсюда, казалось бы, следует вывод, что сообщение информативно для человека, если оно содержит новые сведения, и неинформативно, если сведения старые, известные.

Но вот вы раскрыли учебник по высшей математике и прочитали там такое определение:

— Значение определенного интеграла равно разности значений первообразной подынтегральной функции на верхнем и на нижнем пределах.

Пополнил этот текст ваши знания? Скорее всего, нет! Он вам непонятен, а поэтому — неинформативен. Быть понятным, значит быть логически связанным с предыдущими знаниями человека. Для того, чтобы понять данное определение, нужно изучить элементарную математики и знать начала высшей.

Получение всяких знаний должно идти от простого к сложному. И тогда каждое новое сообщение будет понятным, а значит, будет нести информацию для человека.

Сообщение несет информацию для человека, если содержащиеся в нем сведения являются для него новыми и понятными.

Неопределенность знаний и единица информации

Пока мы с вами научились различать лишь две ситуации: «нет информации» — «есть информация», то есть количество информации равно нулю или не равно нулю. Но, очевидно, для измерения информации этого недостаточно. Нужна единица измерения, тогда мы сможем определять, в каком сообщении информации больше, в каком — меньше.

Единица измерения информации была определена в науке, которая называется теорией информации. Эта единица называется «бит». Ее определение звучит так:

Сообщение, уменьшающее неопределенность знаний в два раза, несет 1 бит информации.

В этом определении есть понятия, которые требуют пояснения.

Что такое «неопределенность знаний»? Лучше всего это объяснить на примерах.

Допустим, вы бросаете монету, загадывая, что выпадет: орел или решка? Есть всего два варианта возможного результата бросания монеты. Причем, ни один из этих вариантов не имеет преимущества перед другим. В таком случае говорят, что они равновероятны^¹.

Так вот, в этом случае перед подбрасыванием монеты неопределенность знаний о результате равна двум.

Игральный кубик с шестью гранями может с равной вероятностью упасть на любую из них. Значит, неопределенность знаний о результате бросания кубика равна шести.

Еще пример: спортсмены-лыжники перед забегом путем жеребьевки определяют свой порядковый номер на старте. Допустим неопределенность знаний спортсменом своего номера до жеребьевки равна ста.

Следовательно, можно сказать так:

неопределенность знаний о некотором событии — это количество возможных результатов события (бросания монеты, кубика; вытаскивания жребия).

Вернемся к примеру с монетой. После того, как вы бросили монету и посмотрели на нее, вы получили зрительное сообщение, что выпал, например, орел. Произошло одно из двух возможных событий. Неопределенность знаний уменьшилась в два раза: было два варианта, остался один. Значит, узнав результат бросания монеты, вы получили 1 бит информации.

Сообщение о том, что произошло одно событие из двух равновероятных, несет 1 бит информации.

А теперь такая задача: студент на экзамене может получить одну из четырех оценок: «5» — «отлично», «4» — «хорошо», «3» — «удовлетворительно», «2» — «неудовлетворительно». Представьте себе, что ваш товарищ пошел сдавать экзамен. Причем, учится он очень неровно и может с одинаковой вероятностью получить любую оценку от «2» до «5». Вы волнуетесь за него, ждете результата экзамена. Наконец, он пришел и на ваш вопрос: «Ну, что получил?» — ответил: «Четверку!».

Вопрос. Сколько бит информации содержится в его ответе?

Если сразу сложно ответить на этот вопрос, то давайте подойдем к ответу постепенно. Будем отгадывать оценку, задавая вопросы, на которые можно ответить только «да» или «нет».

Вопросы будем ставить так, чтобы каждый ответ уменьшал количество вариантов в два раза и, следовательно, приносил 1 бит информации.

Первый вопрос:

— Оценка выше тройки?
-Да!

После этого ответа число вариантов уменьшилось в два раза. Остались только «4» и «5». Получен 1 бит информации.

Второй вопрос:

Ты получил пятерку?
Нет!

Выбран один вариант из двух оставшихся: оценка — «четверка». Получен еще 1 бит информации. В сумме имеем 2 бита.

Сообщение о том, что произошло одно из четырех равновероятных событий несет 2 бита информации.

Метод поиска, на каждом шаге которого отбрасывается половина вариантов, называется методом половинного деления.

Решим еще одну частную задачу, применив этот метод а потом выведем общее правило.

На книжном стеллаже восемь полок. Книга может быть поставлена на любую из них. Сколько информации содержит сообщение о том, где находится книга?

Задаем вопросы:

Книга лежит выше четвертой
полки?
Нет.
Книга лежит ниже третьей
полки?

-Да.

— Книга — на второй полке?

— Ну теперь все ясно! Книга лежит на первой полке!

Каждый ответ уменьшал неопределенность в два раза. Всего было задано три вопроса. Значит набрано 3 бита информации. И если бы сразу было сказано, что книга лежит на первой полке, то этим сообщением были бы переданы те же 3 бита информации.

А сейчас попробуем получить формулу, по которой вычисляется количество информации, содержащейся в сообщении о том, что произошло одно из множества равновероятных событий.

Обозначим буквой N количество возможных событий, или, как мы это еще называли, — неопределенность знаний. Буквой i будем обозначать количество информации в сообщении о том, что произошло одно из N событий.

В примере с монетой N = 2, i = 1.

В примере с оценками N = 4, i = 2.

В примере со стеллажом N = 8, i = 3.

Нетрудно заметить, что связь между этими величинами выражается формулой:

2ⁱ= N.

Действительно: 2¹ = 2; 2² = 4; 2³ = 8.

Если величина N известна, a i — неизвестно, то формула становится показательным уравнением для определения i

Например, пусть на стеллаже не 8, а 16 полок. Чтобы ответить на вопрос, сколько информации содержится в сообщении о том, где лежит книга, нужно решить уравнение:

2ⁱ = 16.

Поскольку 16 = 2 , то i = 4.

Количество информации i, содержащееся в сообщении о том, что произошло одно из N равновероятных событий, определяется из решения показательного уравнения: 2ⁱ = N.

Если значение N равно целой степени числа 2 (4, 8, 16, 32, 64 и т.д.), то такое уравнение решается просто: i будет целым числом.

А чему равно количество информации в сообщении о результате бросания игральной кости, у которой имеется шесть граней и, следовательно, N = 6? Решение уравнения

2ⁱ = 6

будет дробным числом, лежащим между числами 2 и 3, поскольку 2² = 4, а 2³ = 8. С точностью до пяти знаков после запятой решение такое: 2,58496. По таблице 1.1 можно определить i для различных значений N в диапазоне от 1 до 64.

Таблица 1.1. Количество информации в сообщении об одном из N равновероятных событий

N	i	N	i	N	i	N	i
1	0,00000	17	4,08746	33	5,04439	49	5,61471
2	1,00000	18	4,16993	34	5,08746	50	5,64386
3	1,58496	19	4,24793	35	5,12928	51	5,67243
4	2,00000	20	4,32193	36	5,16993	52	5,70044
5	2,32193	21	4,39232	37	5,20945	53	5,72792
6	2,58496	22	4,45943	38	5,24793	54	5,75489
7	2,80735	23	4,52356	39	5,28540	55	5,78136
8	3,00000	24	4,58496	40	5,32193	56	5,80735
9	3,16993	25	4,64386	41	5,35755	57	5,83289
10	3,32193	26	4,70044	42	5,39232	58	5,85798
11	3,45943	27	4,75489	43	5,42626	59	5,88264
12	3,58496	28	4,80735	44	5,45943	60	5,90689
13	3,70044	29	4,85798	45	5,49185	61	5,93074
14	3,80735	30	4,90689	46	5,52356	62	5,95420
15	3,90689	31	4,95420	47	5,55459	63	5,97728
16	4,00000	32	5,00000	48	5,58496	64	6,00000

Коротко о главном

Для человека информация — это знания (сведения о чем-то).

Сообщение несет информацию для человека, если содержащиеся в нем сведения являются для него новыми и понятными.

Неопределенность знаний о некотором событии — это количество возможных результатов события.

Сообщение, уменьшающее неопределенность знаний в два раза, несет 1 бит информации.

Для определения количества информации i, содержащейся в сообщении о том, что произошло одно из N равновероятных событий, нужно решить показательное уравнение:

2* = N.

Алфавитный подход к измерению информации

А теперь познакомимся с другим способом измерения информации. Этот способ не связывает количество информации с содержанием сообщения, и называется он алфавитным подходом.

Проще всего разобраться в этом, на примере текста, написанного на каком-нибудь языке. Для нас удобнее, чтобы это был русский язык.

Все множество используемых в языке символов будем традиционно называть алфавитом. Обычно под алфавитом понимают только буквы, но поскольку в тексте могут встречаться знаки препинания, цифры, скобки, то мы их тоже включим в алфавит. В алфавит также следует включить и пробел (промежуток между словами).

Полное число символов алфавита принято называть мощностью алфавита. Будем обозначать эту величину буквой N. Например, мощность алфавита из русских букв и дополнительных символов равна 54.

Представьте себе, что текст к вам поступает последовательно, по одному знаку, словно бумажная ленточка, выползающая из телеграфного аппарата. Предположим, что каждый появляющийся на ленте символ с одинаковой вероятностью может быть любым символом алфавита. (В действительности это не совсем так, но для упрощения примем такое предположение.)

В каждой очередной позиции текста может появиться любой из N символов. Каждый символ несет i бит информации; число i можно определить из уравнения:

2' = N. Для N = 54, используя таблицу 1.1, получаем:

i = 5,755 бит.

Вот сколько информации несет один символ в русском тексте! А теперь для того, чтобы найти количество информации во всем тексте, нужно посчитать число символов в нем и умножить на L

Возьмем с книжной полки какую-нибудь книгу и посчитаем количество информации на одной ее странице. Пусть страница содержит 50 строк. В каждой строке — 60 символов. Значит, на странице умещается 50 х 60 = 3000 знаков. Тогда объем информации будет равен: 5,755x3000= 17265 бит.

Следовательно, при алфавитном подходе к измерению информации количество информации от содержания не зависит. Количество информации зависит от объема текста (то есть от числа знаков в тексте) и от мощности алфавита.

Отсюда следует, например, что нельзя сравнивать информационные объемы текстов, написанных на разных языках, только по объему. У них отличаются информационные веса одного символа так как мощности алфавитов разных языков — различные.

Но если книги написаны на одном языке, то понятно, что в толстой книге информации больше, чем в тонкой. При этом содержательная сторона книги в расчет не берется.

Сформулируем правило, как измерить информацию, используя для этого алфавитный подход.

Количество информации, содержащееся в символьном сообщении, равно К х i, где К— число символов в тексте сообщения, a i — информационный вес символа, который находится из уравнения 2ⁱ = N , где N — мощность используемого алфавита.

Применение алфавитного подхода удобно прежде всего при использовании технических средств работы с информацией. В этом случае теряют смысл понятия «новые — старые», «понятные — непонятные» сведения. Алфавитный подход является объективным способом измерения информации в отличие от субъективного, содержательного, подхода.

Коротко о главном

Объективным способом измерения информации является алфавитный подход. Только этот подход пригоден при использовании технических средств работы с информацией.

Алфавит — это все множество символов, используемых в некотором языке для представления информации. Мощность алфавита — это число символов в нем.

Количество информации i, которое несет один символ в

тексте, и мощность алфавита N связаны формулой: 2ⁱ = N

(в предположении равновероятности появления каждого из символов).

Количество информации в тексте, состоящем из К символов, равно К х i, где i — информационный вес одного символа алфавита.

При алфавитном подходе к измерению информации количество информации от содержания не зависит. Количество информации зависит от объема текста и от мощности алфавита.

Еще о единицах информации и скорости информационного обмена

Удобнее всего измерять информацию, когда мощность алфавита N равна целой степени числа 2. Например, если N = 16, то каждый символ несет 4 бита информации потому, что 2⁴ = 16. А если N = 32, то один символ «весит» 5 бит.

Ограничения на максимальную мощность алфавита теоретически не существует. Однако есть алфавит, который можно назвать достаточным. С ним мы скоро встретимся при работе с компьютером. Это алфавит мощностью 256 символов. В таком алфавите можно поместить практически все необходимые символы: латинские и русские буквы, цифры, знаки арифметических операций, скобки, знаки препинания. В такой алфавит помещают даже значки, с помощью которых можно чертить рамки, таблицы. Их называют знаками псевдографики.

Поскольку 256 = 2⁸, то один символ этого алфавита «весит» 8 бит. Причем 8 бит информации — это настолько характерная величина, что ей присвоили свое название — байт.

1 байт = 8 бит

Сегодня очень многие люди для подготовки писем, документов, статей, книг используют компьютерные текстовые редакторы. С этими средствами вы подробно познакомитесь несколько позже. Они позволяют включать в текст буквы разных алфавитов, математические значки, дают возможность чертить таблицы.

Компьютерные редакторы работают с алфавитом мощностью 256 символов. Текст этого учебника набран с помощью компьютерного редактора.

В этом случае легко подсчитать объем информации в тексте. Если один символ алфавита несет 1 байт информации, то надо просто сосчитать число символов; полученное значение даст информационный объем текста в байтах.

Пусть небольшая книжка содержит' 150 страниц; на каждой странице — 40 строк, в каждой строке — 60 символов. Значит страница содержит 40 х 60 = 2400 байт информации. Объем всей информации в книге:

2400 х 150 = 360 000 байт.Уже на таком примере видно, что байт — «мелкая» единица. А представьте, что нужно измерить информационный объем научной библиотеки. Какое это будет громадное число в байтах!

В любой системе единиц измерения существуют основные единицы и производные от них. Последние нужны для измерения либо очень больших, либо очень маленьких величин.

Для измерения больших объемов информации используются производные от байта единицы.

1 килобайт = 1Кб = 2¹⁰ байт = 1024 байта

1 мегабайт = 1Мб = 2¹⁰ Кб = 1024 Кб

1 гигабайт = 1Гб = 2¹⁰ Мб = 1024 Мб

Следовательно, объем вышеупомянутой книги равен приблизительно тремстам шестидесяти килобайтам. А если посчитать точнее, то получится:

360000/1024 = 351,5625 Кб. 351,5625/1024 = 0,34332275 Мб.

Прием-передача информации могут происходить с разной скоростью. Например, при общении людей темп речи может иметь большое значение для взаимопонимания. У одних речь медленная, размеренная, у других — быстрая (про таких говорят — тараторит). Часто слушателю бывает трудно понять быструю речь. В таком случае можно сказать, что слушатель не успевает принимать передаваемую информацию.

Разные люди обладают разной скоростью чтения. Чем быстрее человек читает, тем больше книг он может прочитать за определенное время. Существуют специальные приемы развития высокой скорости чтения.

Количество информации, передаваемое за единицу времени, называется скоростью передачи информации, или скоростью информационного потока.

Эта скорость выражается в таких единицах: бит в секунду (бит/с), байт в секунду (байт/с), килобайт в секунду (Кбайт/с) и т.д.

В результате проведения «эксперимента на себе, один из авторов этой книги получил следующие результаты: скорость чтения — 37,5 байт/с; скорость речи — 17 байт/с. Конечно эту скорость можно и увеличить, но, очевидно, имеет смысл читать в таком темпе, чтобы прочитанное было понятно и запоминалось, а говорить так, чтобы слушатели воспринимали смысл ваших слов.

Если передатчиком и приемником информации являются технические устройства (телетайпы, телефаксы, компьютеры), скорость информационного обмена много выше, чем между людьми. Технические средства, связывающие передатчик и приемник информации в таких системах, называются каналами связи. Это, например, телефонные линии, кабельные линии, радиоустройства.

Максимальная скорость передачи информации по каналу связи называется пропускной способностью канала.

Одним из самых совершенных на сегодня средств связи являются оптические световоды. Информация по таким каналам передается в виде световых импульсов, посылаемых лазерным излучателем. Оптические каналы отличаются от других высокой помехоустойчивостью и пропускной способностью, которая может составлять десятки и сотни мегабайт в секунду. Например, при скорости 50 Мбайт/с в течение одной секунды передается объем информации, приблизительно равный содержанию десяти школьных учебников.

Коротко о главном

1 байт — информационный вес символа алфавита мощностью 2 = 256 символов. 1 байт = 8 бит.

Байт, килобайт, мегабайт, гигабайт — единицы измерения информации. Каждая следующая больше предыдущей в 1024 (2¹⁰) раза.

Скорость информационного потока — это количество информации, передаваемое от источника к приемнику за единицу времени.

Пропускная способность информационного канала — это максимальная скорость передачи информации по данному каналу.

Предыстория информатики

В любой деятельности человек всегда придумывал и создавал самые разнообразные средства, приспособления, орудия труда. Все это облегчало труд, делало его производительнее, расширяло возможности людей. Известно, что история материального производства и мировой науки тесно связана с историей развития орудий труда.

Первые вспомогательные средства для работы с информацией появились много позже первых орудий материального труда. Историки утверждают, что расстояние во времени между появлением первых инструментов для физического труда (топор, ловушка для охоты) и инструментов для регистрации информационных образов (на камне, кости) составляет около миллиона лет!

Следовательно, почти 99% времени существования человека на Земле труд носил только материальный характер.

Уже говорилось о том, что информационную деятельность человека можно разделить на три составляющие: хранение, передачу и обработку. Долгое время средства информационного труда развивались отдельно по этим трем направлениям.

Хранение информации

И

стория хранения информации в письменной форме уходит в глубь веков. До наших дней в некоторых местах сохранились наскальные письмена древнего человека, выполненные 25—20 тысяч лет назад; лунный календарь, выгравированный на кости 20 тысяч лет назад. Для письма также использовались дерево, глина. Многие века письменные документы составлялись на пергаментных свитках. Это было «очень дорогим удовольствием». Пергамент делался из кожи животных. Ее растягивали, чтобы получить тонкие листы. Когда на востоке научились ткать шелк, его стали использовать не только для одежды, но и для письма.

Во II веке нашей эры в Китае изобрели бумагу. Однако до Европы она дошла только в XI веке. Вплоть до XV века письма, документы, книги писались вручную. В качестве инструмента для письма использовались кисточки, перья птиц, позже — металлические перья; изобретались краски, чернила. Книг было очень мало, они считались предметами роскоши.

Письменный прибор древнеегипетского

писца состоял из заостренных палочек для

письма с расщепленными кончиками,

которые складывались в пенал, тушницы

для туши красного и черного цветов и мешочка

с песком

В середине XV века немецкий типограф Иоганн Гутенберг изобрел первый печатный станок. С этого времени началось книгопечатание. На Руси книгопечатание основал Иван Федоров в середине XVI века. Книг стало значительно больше, быстро росло число грамотных людей.

До сегодняшнего дня лист бумаги остается основным носителем информации. Но у него появились серьезные «конкуренты».

В XIX веке была изобретена фотография. Носителями видеоинформации стали фотопленка и фотобумага.

В 1895 году французы братья Люмьер продемонстрировали в Париже первый в мире кинофильм, используя аппарат собственного изобретения. Этот год считается годом рождения кино.

В нашем веке был изобретен магнитофон. Магнитная запись позволяет сохранять звук и, в частности, информацию, содержащуюся в человеческой речи. И совсем недавно на магнитную ленту научились записывать не только звук, но и изображение: появился видеомагнитофон.

Передача информации

П

ервоначально люди пользовались лишь средствами ближней связи: речь, слух, зрение. Развитие письменности породило первые средства дальней связи — почту.

Для быстрой передачи каких-то важных сведений часто использовались очень оригинальные идеи. Известно, например, применение на Кавказе костровой связи. Два костровых сигнальщика находились на расстоянии прямой видимости на возвышенных местах или башнях. Когда приближалась опасность (нападали враги), сигнальщики, зажигая цепочку костров, предупреждали об этом население. В XVIII веке возник семафорный телеграф, это тоже световая связь, но технически более совершенная.

В древней Греции пользовались оптической сигнальной связью: днем — дымом, ночью — огнем. Факельный телеграф

Почтовый курьер инков

Такой гонец пробегал около полутора километров и передавал устное послание. Чтобы оно не задерживалось, он еще издали оповещал о своем приближении, подавая звуковые сигналы голосом или трубя в раковину.

Очень богатым на открытия в области связи был XIX век. В этом веке люди овладели электричеством, которое породило множество изобретений.

Сначала П.Л.Шеллинг в России в 1832 году изобрел электрический телеграф. А в 1837 году американец С.Морзе создал электромагнитный телеграфный аппарат и придумал специальный телеграфный код — азбуку, которая носит его имя.

В 1876 году американец А.Белл изобрел телефон. И наконец, в 1895 году русский изобретатель А.С.Попов открыл эпоху радиосвязи.

Самым замечательным изобретением XX века в области связи можно назвать телевидение. Освоение космоса привело к созданию спутниковой связи.

Обработка информации. От пальцев до калькулятора

Т

еперь познакомимся со средствами обработки информации. Важнейшим видом такой обработки являются вычисления. Появление и развитие счетных инструментов стимулировали развитие земледелия, торговли, мореплавания, астрономии и многих других областей практической и научной деятельности людей.

Нетрудно догадаться, что первым счетным средством для человека были его пальцы. Этот инструмент всегда «под рукой»! Кто из вас им не пользовался?

Вот как описывает пальцевой счет туземцев Новой Гвинеи знаменитый русский путешественник Н.Н. Миклухо-Маклай : «... папуас загибает один за другим пальцы руки, причем издает определенный звук, например «бе, бе, бе»...

Досчитав до пяти, он говорит «ибон-бе» (рука). Затем он загибает пальцы другой руки, снова повторяет «бе, бе».., пока не дойдет до «ибон али» (две руки). Затем он идет дальше, приговаривая «бе, бе».., пока не дойдет до «самба-бе» и «самба-али» (одна нога, две ноги). Если нужно считать дальше, папуас пользуется пальцами рук и ног кого-нибудь другого».

В

V веке до нашей эры в Греции и Египте получил распространение абак. Абак — это греческое слово, которое переводится как счетная доска. Вычисления на абаке производились перемещением камешков по желобам на мраморной доске.

Подобные счетные инструменты распространялись и развивались по всему миру. Например, китайский вариант абака назывался суан-пан. «Потомком» абака можно назвать и русские счеты. В России они появились на рубеже XVI — XVII веков. И до сих пор в нашей стране счеты можно увидеть не только в музеях.

В начале XVII века шотландский математик Джон Непер ввел понятие логарифма, опубликовал таблицы логарифмов.
Затем в течение двух веков развивались вычислительные инструменты, основанные на использовании этой математической функции. Логарифмы позволяют свести трудоемкие операции - умножение и деление, к более простым — сложению и вычитанию.

1 – греческий абак; 2 – счеты; 3 – логарифмическая линейка; 4 – арифмометр; 5 – калькулятор.

В результате появилась логарифмическая линейка. Этот инструмент до недавнего времени был вычислительным средством инженеров. И лишь в последние годы его вытеснили электронные калькуляторы.

В 1645 году французский математик Блез Паскаль создал первую счетную машину. Машина Паскаля позволяла быстро выполнять сложение многозначных чисел.

Немецкий ученый Лейбниц, развив идею Паскаля, создал механический арифмометр, на котором можно было выполнять все четыре арифметические операции с многозначными числами. Позднее арифмометр многократно совершенствовался, в том числе и русскими изобретателями П.Л. Чебышевым и В.Т. Однером.

Арифмометр был предшественником современного калькулятора — маленького электронно-вычислительного устройства. Сейчас практически у каждого школьника есть калькулятор, который помещается в кармане. Любому академику начала века такое устройство показалось бы фантастическим.

Чарльз Бэббидж и его «Аналитическая машина»

рифмометр, как и простой калькулятор — это средство механизации вычислений. Человек, производя вычисления на таком устройстве, сам управляет его работой, определяет последовательность выполняемых операций. Мечтой изобретателей вычислительной техники было создание считающего автомата, который бы без вмешательства человека производил расчеты по заранее составленной программе.

Автором первого проекта вычислительного автомата был профессор Кембриджского университета Чарльз Бэббидж

В период между 1820 и 1856 годами Бэббидж работал над созданием программно-управляемой «Аналитической машины». Это было настолько сложное механическое устройство, что проект так и не был реализован.

Можно сказать, что Бэббидж опередил свое время. Для осуществления его проекта в ту пору еще не существовало подходящей технической базы. Некоторым ученым современникам Бэббиджа его труд казался бесплодным. Однако

пророчески звучат сейчас слова самого Чарльза Бэббиджа: «Природа научных знаний такова, что малопонятные и совершенно бесполезные приобретения сегодняшнего дня становятся популярной пищей для будущих поколений».

Основные идеи, заложенные в проекте аналитической машины, в нашем веке были использованы конструкторами ЭВМ. Все главные компоненты современного компьютера присутствовали в конструкции аналитической машины: это СКЛАД (в современной терминологии — ПАМЯТЬ), где хранятся исходные числа и промежуточные результаты; МЕЛЬНИЦА (арифметическое устройство), в которой осуществляются операции над числами, взятыми из склада; КОНТОРА (устройство управления), производящая управление последовательностью операций над числами соответственно заданной программе; БЛОКИ ВВОДА исходных данных и ПЕЧАТИ РЕЗУЛЬТАТОВ.

Для программного управления аналитической машиной использовались перфокарты — картонные карточки с пробитыми в них отверстиями (перфорацией). Перфокарты были изобретены в начале XIX века во Франции Жозефом М.Жаккардом для управления работой автоматического ткацкого станка.

Интересным историческим фактом является то, что первую программу для машины Бэббиджа в 1846 году написала Ада Лавлейс — дочь великого английского поэта Джорджа Байрона.

Аналитическая машина Бэббиджа — это уже универсальное средство, объединяющее в себе обработку информации, хранение информации и обмен исходными данными и результатами с человеком.

1 Более строгое определение равновероятности: если увеличивать количество бросаний монеты (100, 1000, 10000 и т.д.), то число выпадений орла и число выпадений решки будут все более близкими

Blog

Человек и информация

Содержание