Информационные объекты различных видов. Универсальность дискретного (цифрового) представления информации
ИНФОРМАЦИЯ - фундаментальное понятие науки, поэтому определить его исчерпывающим образом через какие-то более простые понятия невозможно С позиции человека информация – это содержание разных сообщений, это самые разнообразные сведения, которые человек получает из окружающего мира через свои органы чувств.
Подходы к понятию информации
Теория информации
Информация – содержание, заложенное в знаковые (сигнальные последовательности)
Кибернетика
Информация – содержание сигналов, передаваемых по каналам связи в системах управления
Нейрофизиология
Информация – содержание сигналов электрохимической природы, передающихся по нервным волокнам организма
Генетика
Информация – содержание генетического кода – структуры молекул ДНК, входящих в состав клетки живого организма
Философия
Атрибутивная концепция : Информация – всеобщее свойство (атрибут) материи
Функциональная концепция: Информация и информационные процессы присущи только живой природе, являются ее функцией
Антропоцентрическая концепция: Информация и информационные процессы присущи только человеку
Существует два подхода к измерению информации :
- содержательный (вероятностный);
- объемный (алфавитный).
Содержательный (вероятностный) подход к измерению информации
Количество информации можно рассматривать как меру уменьшения неопределенности знания при получении информационных сообщений.
Главная формула информатики связывает между собой количество возможных информационных сообщений N и количество информации I, которое несет полученное сообщение : N = 2 I
За единицу количества информации принимается такое количество информации, которое содержится в информационном сообщении, уменьшающем неопределенность знания в два раза.
Такая единица названа бит .
Бит – наименьшая единица измерения информации.
С помощью набора битов можно представить любой знак и любое число. Знаки представляются восьмиразрядными комбинациями битов – байтами.
1байт = 8 битов=2 3 битов
Байт – это 8 битов, рассматриваемые как единое целое, основная единица компьютерных данных.
Рассмотрим, каково количество комбинаций битов в байте.
- Если у нас две двоичные цифры (бита), то число возможных комбинаций из них:
2 2 =4 : 00, 01, 10, 11
- Если четыре двоичные цифры (бита), то число возможных комбинаций:
2 4 =16 : 0000, 0001, 0010, 0011,
0100, 0101, 0110, 0111,
1000, 1001, 1010, 1011,
1100, 1101, 1110, 1111
Так как в байте- 8 бит (двоичных цифр), то число возможных комбинаций битов в байте: 2 8 =256 Т.о., байт может принимать одно из 256 значений или комбинаций битов.
Для измерения информации используются более крупные единицы: килобайты, мегабайты, гигабайты, терабайты и т.д. 1 Кбайт =1 024 байт 1 Мбайт = 1 024 Кбайт 1 Гбайт = 1 024 Мбайт 1 Тбайт = 1 024 Гбайт
Проведем аналогию с единицами длины: если 1 бит «соответствует» 1 мм, то: 1 байт – 10 мм = 1см; 1 Кбайт – 1000 см = 10 м; 1 Мбайт – 10 000 м = 10 км; 1 Гбайт – 10 000 км (расстояние от Москвы до Владивостока). Страница учебника содержит приблизительно 3 Кбайта информации; 1 газета – 150 Кбайт.
Объемный (алфавитный подход) к измерению информации
Алфавитный подход позволяет измерить количество информации
в тексте, составленном из символов некоторого алфавита.
Алфавитный подход к измерению информации
Это объективный,
количественный метод для измерения информации, циркулирующей в информационной технике.
Алфавит- множество символов, используемых для представления информации.
Мощность алфавита – число символов в алфавите (его размер) N .
Например, алфавит десятичной системы счисления – множество цифр- 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9.
Мощность этого алфавита – 10.
Компьютерный алфавит , используемый для представления текстов в компьютере, использует 256 символов .
Алфавит двоичной системы кодирования информации имеет всего два символа- 0 и 1.
Алфавиты русского и английского языков имеют различное число букв, их мощности – различны.
Информационный вес символа ( количество информации в одном символе ), выраженный в битах (i), и мощность алфавита (N) связаны между собой формулой:
N = 2 i
где N – это количество знаков в алфавите знаковой системы или мощность
Тогда информационный вес символа:
i = log 2 N
Информационная емкость знаков зависит от их количества в алфавите. Так, информационная емкость буквы в русском алфавите, если не использовать букву «ё», составляет: 32 = 2 I , I= ln32/ln2=3.46/0.69=5 I = 5 битов В латинском алфавите 26 букв. Информационная емкость буквы латинского алфавита также 5 битов.
Количество информации в сообщении или информационный объём текста- Ic, равен количеству информации, которое несет один символ -I , умноженное на количество символов K в сообщении:
I с = K * i
БИТ
Например, в слове «информатика» 11 знаков (К=11), каждый знак в русском алфавите несет информацию 5 битов (I=5), тогда количество информации в слове «информатика» Iс=5х11=55 (битов). С помощью формулы N = 2 I можно определить количество информации, которое несет знак в двоичной знаковой системе: N=2 ⇒ 2=2I ⇒ 2 1 =2 I ⇒ I=1 бит Таким образом, в двоичной знаковой системе 1 знак несет 1 бит информации . При двоичном кодировании объем информации равен длине двоичного кода. Чем большее количество знаков содержит алфавит знаковой системы, тем большее количество информации несет один знак.
Информационные объекты различных видов
Информационный объект – обобщающее понятие, описывающее различные виды объектов; это предметы, процессы, явления материального или нематериального свойства, рассматриваемые с точки зрения их информационных свойств. Простые информационные объекты : звук, изображение, текст, число. Комплексные (структурированные) информационные объекты : элемент, база данных, таблица, гипертекст, гипермедиа.
Информационный объект:
- обладает определенными потребительскими качествами (т.е. он нужен пользователю);
- допускает хранение на цифровых носителях;
- допускает выполнение над ним определенных действий путем использования аппаратных и программных средств компьютера.
Программы
Информационные объекты
Текстовые редакторы и процессоры
Текстовые документы
Графические редакторы и пакеты компьютерной графики
Графические объекты: чертежи, рисунки, фотографии
Табличные процессоры
Электронные таблицы
Пакеты мультимедийных презентаций
Компьютерные презентации
СУБД – системы управления базами данных
Базы данных
Клиент-программа электронной почты
Электронные письма, архивы, адресные списки
Программа-обозреватель Интернета (браузер)
Web-страницы, файлы из архивов Интернета
Универсальность дискретного (цифрового) представления информации.
Текстовая информация дискретна – состоит из отдельных знаков
Для обработки текстовой информации на компьютере необходимо представить ее в двоичной знаковой системе. Каждому знаку необходимо поставить в соответствие уникальный 8-битовый двоичный код, значения которого находятся в интервале от 00000000 до 11111111 (в десятичном коде от 0 до 255).
Дискретное (цифровое) представление графической информации
- Изображение на экране монитора дискретно. Оно составляется из отдельных точек- пикселей.
- Пиксель — минимальный участок изображения, которому независимым образом можно задать цвет.
В процессе дискретизации могут использоваться различные палитры цветов. Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки. Количество цветов N в палитре и количество информации I , необходимое для кодирования цвета каждой точки, вычисляется по формуле: N = 2 I
Пример Наиболее распространенными значениями глубины цвета при кодировании цветных изображений являются 4, 8, 16 или 24 бита на точку. Можно определить количество цветов в 24-битовой палитре: N = 2 I = 2 24 = 16 777 21бит.
Дискретное (цифровое) представление звуковой информации
Частота дискретизации звука — это количество измерений громкости звука за одну секунду.
Глубина кодирования звука — это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.
Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука можно рассчитать по формуле
N = 2 I
Дискретное (цифровое) представление видеоинформации
ВИДЕОИНФОРМАЦИЯ -это сочетание звуковой и графической информации. Кроме того, для создания на экране эффекта движения используется дискретная технология быстрой смены статических картинок.
Способ уменьшения объема видео: первый кадр запоминается целиком (ключевой), а в следующих сохраняются только отличия от начального кадра (разностные кадры).
ЗАДАЧИ
Алфавит племени Мульти состоит из 8 букв. Какое количество информации несёт одна буква этого алфавита?
Ответ: 3 бита.
Сообщение, записанное буквами 64-х символьного алфавита, содержит 20 символов. Какой информационный объём оно несёт?
Ответ: 120 бит.
ЗАДАЧИ
- Племя Мульти имеет 32-х символьный алфавит. Племя Пульти использует 64-х символьный алфавит. Вожди племён обменялись письмами. Письмо племени Мульти содержало 80 символов, а письмо племени Пульти – 70 символов. Сравните объёмы информации, содержащейся в письмах.
Ответ: 400 бит и 420 бит соответственно
ЗАДАЧИ
Задача про марсиан!!!
Приветствие участникам олимпиады от марсиан записано с помощью всех символов марсианского алфавита:
ТЕВИРП!КИ!
Сколько информации оно несет?
Ответ: 30 бит.
