ЕН02 Информатика Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта Тема 1.1. Технологии обработки информации Цель работы изучение: Выяснить Свойства, виды и форма представления информации. Процессы создания, передачи и хранения информации на примерах Составить и оформить конспект с ответами, используя навыки совместной коллективной работы в партнёрстве с другими студентами группы. Методические указания: При составлении и оформлении отчёта следует придерживаться рекомендаций. Содержание отчета: Вести рабочую тетрадь с конспектом и выполненными практическим занятиями 1.Конспект 2. Ответы на контрольные вопросы 3.практические задания: В отчете следует указать: Цель занятия, тему работы. Дата и порядковый номер занятия, изучить материал, основная часть (составить конспект занятия,), выполнить согласно требованиям: разборчиво, выделять главное. Практическая часть: 1. Баллы начисляются при условии полноты ответа на 80% и выше. 2. Выполненное задание должно быть оформлено в рабочую тетрадь. К конспекту приложить ответы, на контрольные вопросы. 1. Дайте определение термину Информация? Что такое информатика? 2. Какую роль играет информатика в современном мире? 3. На стыке каких наук возникла наука информатика? Что является предметом изучения информатики? 4. Какие основные виды информации различают? Какими основными свойствами обладает информация? 5. Каким образом классифицируют информацию? Объясните, что происходит с течением времени с информацией? 6. Дайте определение технологии обработки информации? 7. Какие операции (действия) включает в свой состав технологический процесс обработки информации? 8. Дайте определение термину вероятность? 9. Какие отличия формулы Шеннона от формулы Хартли? 10. Дайте определение термину бит и байт? 11. Дайте определение термину сообщение и сигнал? 12. Почему необходима дискретизация по времени и квантование по уровню при цифровом преобразовании сигнала из аналоговой формы в цифровую? Домашнее задание: 1. Изучить производные единицы информации бит 2. Какую задачу при цифровом способе представления информации выполняют АЦП и ЦАП? Под информатикой принято понимать отрасль знаний, изучающую общие свойства и структуру информации, а также закономерности и принципы ее создания, преобразования, накопления, передачи и использования в различных областях человеческой деятельности на базе современных средств вычислительной и телекоммуникационной техники (рис. 1.1 ). Слово «информатика» происходит от французского слова Informatique, образованного в результате объединения терминов Informacion («информация») и Automatique («автоматика»), что выражает ее суть как науки об автоматической обработке информации. ЕН02 Информатика Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта Кроме Франции термин «информатика» используется в ряде стран Восточной Европы. В то же время, в большинстве стран Западной Европы и США используется другой термин Comрuter Science («наука о средствах вычислительной техники»). В качестве источников понятия «информатика» обычно называют две науки — документалистику и кибернетику. Документалистика сформировалась в конце XIX в. в связи с бурным развитием производственных отношений. Ее расцвет пришелся на 20—30-е гг. XX в., а основным предметом стало изучение рациональных средств и методов повышения эффективности документооборота. Основы близкой к информатике технической науки кибернетики были заложены трудами по математической логике американского математика Норберта Винера, опубликованными в 1948 г., а само название происходит от греческого слова kybemeticos («искусный в управлении»). Впервые термин «кибернетика» ввел французский физик Андре Мари Ампер в первой половине XIX в. Он занимался разработкой единой системы классификации всех наук и обозначил этим термином науку об управлении, которой в то время не существовало, но которая, по его мнению, должна была существовать. Сегодня на практике кибернетика во многих случаях опирается на те же программные и аппаратные средства вычислительной техники, что и информатика, а информатика, в свою очередь, заимствует у кибернетики математическую и логическую базу для развития этих средств. Основное внимание в информатике уделяется определению основных наиболее эффективных автоматизированных технологий работы с информацией. Предмет информатики составляют такие понятия, как: средства вычислительной техники; программное обеспечение средств вычислительной техники; средства и методы взаимодействия человека со средствами вычислительной техники и установленными на них программными средствами (программным обеспечением); информационные ресурсы; методы и средства взаимодействия человека с информационными ресурсами на базе средств вычислительной техники с использованием соответствующего программного обеспечения. Невозможно представить себе мир без информации. Информация используется везде и ежесекундно. Каждую минуту человек или группа людей формируют определенную информацию, затем передают ее другим людям, хранят ее где-то. Например, ученик, находясь на уроке истории, воспринимает целый поток новой информации о тех событиях, которые когда-то происходили. И чтобы ученику легче было справиться с этим потоком новых знаний, на помощь ему приходит учитель, который объясняет новый и неизвестный ученику до этого момента материал. Затем учитель демонстрирует фрагменты фильмов, относящиеся к рассказываемому материалу и наглядно иллюстрирующие ученику происходящие в то время события. В конце изучения материала учитель включает компьютер и проводит контрольное тестирование полученных учеником знаний. Этот небольшой пример показывает, что в современном мире с ростом значения информации в жизни общества меняются методы работы с информацией, расширяются сферы применения новых технологий работы с информацией. И как раз именно в информатике основное внимание уделяется определению основных наиболее эффективных автоматизированных технологий работы с информацией. Основные выводы 1. Человек находится в мире информации. Помочь ему не потеряться в этом мире, взять себе на вооружение как можно больше полезной информации, игнорируя ЕН02 Информатика Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта ненужную, сократить затраты на поиск и обработку нужной информации — вот основные задачи информатики. 2. Под информатикой принято понимать отрасль знаний, изучающую общие свойства и структуру информации, а также закономерности и принципы ее создания, преобразования, накопления, передачи и использования в различных областях человеческой деятельности на базе современных средств вычислительной и телекоммуникационной техники. 3. В качестве источников понятия «информатика» обычно называют две науки: документалистику и кибернетику. Основным предметом изучения документалистики является изучение рациональных средств и методов повышения эффективности документооборота. Кибернетика — наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в различных системах, будь то машины, живые организмы или общество. 4. Предмет информатики составляют такие понятия, как: o средства вычислительной техники; o программное обеспечение средств вычислительной техники; o средства и методы взаимодействия человека со средствами вычислительной техники и установленными на них программными средствами (программным обеспечением); o информационные ресурсы; o методы и средства взаимодействия человека с информационными ресурсами на базе средств вычислительной техники с использованием соответствующего программного обеспечения. Понятие информации, ее виды и свойства и технологии обработки информации Происхождение слова “информация” латинское. За долгие годы значение этого слова претерпевало эволюции, то расширяя, то предельно сужая свои границы. Вначале под словом “информация” подразумевали: “представление”, “понятие”, затем-“сведения”, “передача сообщений”. Сейчас решили, что обычное (всеми принятое) значение слова “информация” слишком эластично, расплывчато, и дали ему такое значение: “мера определенности в сообщении”. Теорию информации вызвали к жизни потребности практики. Ее возникновение связывают с работой Клода Шеннона “Математическая теория связи”, изданной в 1946г. Основы теории информации опираются на результаты, полученные многими учеными. Ко второй половине XX века земной шар гудел от передающейся информации, бегущей по телефонным и телеграфным кабелям и радиоканалам. Позже появились электронные вычислительные машины - переработчики информации. А для того времени основной задачей теории информации являлось, прежде всего, повышение эффективности функционирования систем связи. 1. Определение информации Информация (от лат. informatio — осведомление, разъяснение, изложение) — в широком смысле абстрактное понятие, имеющее множество значений, в зависимости от контекста. В узком смысле этого слова — сведения (сообщения, данные) независимо от формы их представления. В настоящее время не существует единого определения термина информация. С точки зрения различных областей знания, данное понятие описывается своим специфическим набором признаков. Информация — совокупность данных, зафиксированных на материальном носителе, сохранённых и распространённых во времени и пространстве В литературе можно найти достаточно много определений термина «информация», отражающих различные подходы к толкованию этого понятия. В Федеральном закон Российской Федерации от 27 июля 2006 г. N 149-ФЗ «Об информации, информационных ЕН02 Информатика Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта технологиях и о защите информации» дается следующее определение этого термина: «информация — сведения (сообщения, данные) независимо от формы их представления». «информация»: 1. Сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальным устройством. 2. Сообщения, осведомляющие о положении дел, о состоянии чего-нибудь. (Научнотехническая и газетная информации, средства массовой информации — печать, радио, телевидение, кино). Информация и ее свойства являются объектом исследования целого ряда научных дисциплин, таких как теория информации(математическая теория систем передачи информации),кибернетика(наука о связи и управлении в машинах и животных, а также в обществе и человеческих существах),семиотика(наука о знаках и знаковых системах),теория массовой коммуникации(исследование средств массовой информации и их влияния на общество),информатика(изучение процессов сбора, преобразования, хранения, защиты, поиска и передачи всех видов информации и средств их автоматизированной обработки) и ряде других. В информатике наиболее часто используется следующее определение этого термина: Информация — это осознанные сведения об окружающем мире, которые являются объектом хранения, преобразования, передачи и использования. Сведения — это знания, выраженные в сигналах, сообщениях, известиях, уведомлениях и т. д. Каждого человека окружает информация различных видов. Основные виды информации по ее форме представления, способам ее кодирования и хранения, что имеет наибольшее значение для информатики, это: графическая или изобразительная— первый вид, для которого был реализован способ хранения информации об окружающем мире в виде наскальных рисунков, а позднее в виде картин, фотографий, схем, чертежей на бумаге, холсте, мраморе и др. материалах, изображающих картины реального мира; звуковая— мир вокруг нас полон звуков и задача их хранения и тиражирования была решена с изобретение звукозаписывающих устройств в 1877 г.; ее разновидностью является музыкальная информация — для этого вида был изобретен способ кодирования с использованием специальных символов, что делает возможным хранение ее аналогично графической информации; текстовая— способ кодирования речи человека специальными символами — буквами, причем разные народы имеют разные языки и используют различные наборы букв для отображения речи; особенно большое значение этот способ приобрел после изобретения бумаги и книгопечатания; числовая— количественная мера объектов и их свойств в окружающем мире; особенно большое значение приобрела с развитием торговли, экономики и денежного обмена; аналогично текстовой информации для ее отображения используется метод кодирования специальными символами — цифрами, причем системы кодирования могут быть разными; видеоинформация— способ сохранения «живых» картин окружающего мира, появившийся с изобретением кино. Существуют также виды информации, для которых до сих пор не изобретено способов их кодирования и хранения — это тактильная информация, передаваемая ощущениями, органолептическая, передаваемая запахами и вкусами и др. Для передачи информации на большие расстояния первоначально использовались кодированные световые сигналы, с изобретением электричества — передача закодированного определенным образом сигнала по проводам, позднее — с использованием радиоволн. Создателем общей теории информации и основоположником цифровой связи считается Клод Шеннон (Claude Shannon). Всемирную известность ему принес фундаментальный ЕН02 Информатика Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта труд 1948 года — «Математическая теория связи» (A Mathematical Theory of Communication), в котором впервые обосновывается возможность применения двоичного кода для передачи информации. С появлением компьютеров вначале появилось средство для обработки числовой информации. Однако в дальнейшем, особенно после широкого распространения персональных компьютеров (ПК), компьютеры стали использоваться для хранения, обработки, передачи и поиска текстовой, числовой, изобразительной, звуковой и видеоинформации. Хранение информации при использовании компьютеров осуществляется на магнитных дисках или лентах, на лазерных дисках (CD и DVD), специальных устройствах энергонезависимой памяти (флэш-память и пр.). Эти методы постоянно совершенствуются, изобретаются новые устройства и носители информации. Обработку информации (воспроизведение, преобразование, передача, запись на внешние носители) выполняет процессор компьютера. С помощью компьютера возможно создание и хранение новой информации любых видов, для чего служат специальные программы, используемые на компьютерах, и устройства ввода информации. +Особым видом информации в настоящее время можно считать информацию, представленную в глобальной сети Интернет. Здесь используются особые приемы хранения, обработки, поиска и передачи распределенной информации больших объемов и особые способы работы с различными видами информации. 1. Свойства информации Как и всякий объект, информация обладает свойствами. Характерной отличительной особенность информации от других объектов природы и общества, является дуализм: на свойства информации влияют как свойства исходных данных, составляющих ее содержательную часть, так и свойства методов, фиксирующих эту информации. С точки зрения информатики наиболее важными представляются следующие общие качественные свойства: объективность, достоверность, полнота, точность, актуальность, полезность, ценность, своевременность, понятность, доступность, краткость и пр. 1. Объективность информации. Объективный – существующий вне и независимо от человеческого сознания. Информация – это отражение внешнего объективного мира. Информация объективна, если она не зависит от методов ее фиксации, чьеголибо мнения, суждения. Пример. Сопоставим два таких понятия как информация и энергия, допустим тепловая. Попросим двух различных людей оценить температуру воздуха в помещении. Один возможно скажет, что ему жарко, а другого человека такой температурный режим вполне устраивает. Мнения людей о температуре в помещении субъективны. Если же измерить температуру с помощью прибора, в данном случае градусника, то мы получит объективную оценку, которая не зависит от чьего-то мнения. С информацией аналогично. Объективную информацию можно получить, например, с помощью исправных датчиков, измерительных приборов. Отражаясь в сознании конкретного человека, информация перестает быть объективной, так как, преобразовывается (в большей или меньшей степени) в зависимости от мнения, суждения, опыта, знаний конкретного субъекта. 2. Достоверность информации. Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел. Объективная информация всегда достоверна, но достоверная информация может быть как объективной, так и субъективной. Достоверная информация помогает принять нам правильное решение. Недостоверной информация может быть по следующим причинам: преднамеренное искажение (дезинформация) или непреднамеренное искажение субъективного свойства; искажение в результате воздействия помех («испорченный телефон») и недостаточно точных средств ее фиксации. ЕН02 Информатика Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта Доступность информации: Мера возможности получить ту или иную информацию. На степень доступности информации влияют одновременно как доступность данных, так и доступность адекватных методов 4. Полнота информации. Информацию можно назвать полной, если ее достаточно для понимания и принятия решений. Неполная информация может привести к ошибочному выводу или решению. 5. Точность (адекватность) информации определяется степенью ее близости к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т. п. Характеризует степень соответствия реальному объективному состоянию. Неадекватная информация может образоваться при создании новой информации на основе неполных или недостоверных данных. Достоверные данные + неадекватные методы = неадекватная информация 6. Актуальность информации– важность для настоящего времени, злободневность, насущность. Только вовремя полученная информация может быть полезна. Достоверная и адекватная устаревшая информация - неактуальна. 7. Полезность (ценность) информации. Полезность может быть оценена применительно к нуждам конкретных ее потребителей и оценивается по тем задачам, которые можно решить с ее помощью. Самая ценная информация – объективная, достоверная, полная, и актуальная. При этом следует учитывать, что и необъективная, недостоверная информация (например, художественная литература), имеет большую значимость для человека. Социальная (общественная) информация обладает еще и дополнительными свойствами: имеет семантический (смысловой) характер, т. е. понятийный, так как именно в понятиях обобщаются наиболее существенные признаки предметов, процессов и явлений окружающего мира. имеет языковую природу (кроме некоторых видов эстетической информации, например изобразительного искусства). Одно и то же содержание может быть выражено на разных естественных (разговорных) языках, записано в виде математических формул и т. д. С течением времени количество информации растет, информация накапливается, происходит ее систематизация, оценка и обобщение. Это свойство назвали ростом и аккумулированием информации. Старение информации заключается в уменьшении ее ценности с течением времени. Старит информацию не само время, а появление новой информации, которая уточняет, дополняет или отвергает полностью или частично более раннюю. Научно-техническая информация стареет быстрее, эстетическая (произведения искусства) – медленнее. Логичность, компактность, удобная форма представления облегчает понимание и усвоение информации. 2. Классификация информации 1. Информацию можно подразделить по форме представления на 2 вида: - дискретная форма представления информации - это последовательность символов, характеризующая прерывистую, изменяющуюся величину (количество дорожнотранспортных происшествий, количество тяжких преступлений и т.п.); - аналоговая или непрерывная форма представления информации - это величина, характеризующая процесс, не имеющий перерывов или промежутков (температура тела человека, скорость автомобиля на определенном участке пути и т.п.). 2. По области возникновения можно выделить информацию: - элементарную (механическую), которая отражает процессы, явления неодушевленной природы; - биологическую, которая отражает процессы животного и растительного мира; - социальную, которая отражает процессы человеческого общества. 3. По способу передачи и восприятия различают следующие виды информации: 3. ЕН02 Информатика Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта - визуальную, передаваемую видимыми образами и символами; - аудиальную, передаваемую звуками; - тактильную, передаваемую ощущениями; - органолептическую, передаваемую запахами и вкусами; - машинную, выдаваемую и воспринимаемую средствами вычислительной техники. 4. Информацию, создаваемую и используемую человеком, по общественному назначению можно разбить на три вида: - личную, предназначенную для конкретного человека; - массовую, предназначенную для любого желающего ее пользоваться (общественнополитическая, научно-популярная и т.д.) ; - специальную, предназначенную для использования узким кругом лиц, занимающихся решением сложных специальных задач в области науки, техники, экономики. 5. По способам кодирования выделяют следующие типы информации: - символьную, основанную на использовании символов - букв, цифр, знаков и т. д. Она является наиболее простой, но практически применяется только для передачи несложных сигналов о различных событиях. Примером может служить зеленый свет уличного светофора, который сообщает о возможности начала движения пешеходам или водителям автотранспорта. - текстовую, основанную на использовании комбинаций символов. Здесь так же, как и в предыдущей форме, используются символы: буквы, цифры, математические знаки. Однако информация заложена не только в этих символах, но и в их сочетании, порядке следования. Так, слова КОТ и ТОК имеют одинаковые буквы, но содержат различную информацию. Благодаря взаимосвязи символов и отображению речи человека текстовая информация чрезвычайно удобна и широко используется в деятельности человека: книги, брошюры, журналы, различного рода документы, аудиозаписи кодируются в текстовой форме. - графическую, основанную на использовании произвольного сочетания в пространстве графических примитивов. К этой форме относятся фотографии, схемы, чертежи, рисунки, играющие большое значение в деятельности человек. 3. Сообщение Сообщение представляет собой последовательность знаков представляющих информацию. Формы облачения информации в сообщения различны. Например, для живых существ - это звуки, жесты, мимика, а для различных технических устройств сигналы. Сигнал - изменение некоторой физической величины во времени, обеспечивающее передачу сообщения. Примеры сигналов: цвет света светофора, перемещение флажков, звуки азбуки Морзе, луч света (есть - нет), электрические импульсы (есть ток в цепи, - нет тока). Сигналы могут быть непрерывными (гудок телефона "свободно") и дискретными, то есть повторяющимися с разными интервалами времени (гудок телефона "занято" или " "ждите ответа"). Сообщение - часть, порция информации. Это форма проявления информации. Сообщение - это символы для информации, смысл которых нужно выучить. (Мелис) 4. Формы представления информации Чтобы сообщение было передано от источника к получателю, необходима некоторая материальная субстанция - носитель информации. Сигнал - сообщение, передаваемое с помощью носителя. В общем случае сигнал - это изменяющийся во времени процесс. Такой процесс может содержать различные характеристики (например, при передаче электрических сигналов могут изменяться напряжение и сила тока). Параметр сигнала - та из характеристик, которая используется для представления сообщений. ЕН02 Информатика Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта Природа большенства физических явлений такова, что они могут принимать различные значения в определенном интервале (температура воды, скорость автомобиля и т.д.) 4.1 Непрерывный (аналоговый) способ представления информации - представление информации, в котором сигнал на выходе датчика будет меняться вслед за изменениями соответствующей физической величины. Примеры непрерывной информации: Примером непрерывного сообщения служит человеческая речь, передаваемая модулированной звуковой волной; параметром сигнала в этом случае является давление, создаваемое этой волной в точке нахождения приемника - человеческого уха. Аналоговый способ представления информации имеет недостатки: Точность представления информации определяется точностью измерительного прибора (например, точность числа отображающего напряжение в электрической цепи, зависит от точности вольтметра). Наличие помех может сильно исказить представляемую информацию. 4.2 Дискретность (от лат. discretus – разделенный, прерывистый) – прерывность; противопоставляется непрерывности. Напр., дискретное изменение к.-л. величины во времени – это изменение, происходящее через определенные промежутки времени (скачками); система целых (в противоположность системе действительных чисел) является дискретной. (Математический энциклопедический словарь. / Гл. ред. Ю.В. Прохоров. М.: Сов. энциклопедия, 1988, 847 с.) Заметим, что в приведенной цитате указано на связь дискретности с системой целых чисел, и это можно считать подтверждением положения о том, что дискретные значения можно пронумеровать. Дискретный сигнал - сигнал, параметр которого принимает последовательное во времени конечное число значений (при этом все они могут быть пронумерованы). Сообщение, передаваемое с помощью таких сигналов - дискретным сообщением. Информация передаваемая источником, в этом случае также называется дискретной информацией. 4.3 Цифровой способ представления информации - представление информации в дискретном виде. Примеры дискретной информации: Дискретными являются показания цифровых измерительных приборов, например, вольтметра (сравните со "старыми", стрелочными приборами). Очевидным (в самом изначальном смысле этого слова!) образом дискретной является распечатка матричного принтера, а линия, проводимая графопостроителем, напротив, является непрерывной. Дискретным является растровый способ представления изображений, тогда как векторная графика по своей сути непрерывна. Дискретна таблица значений функции, но когда мы наносим точки из нее на миллиметровую бумагу и соединяем плавной линией, получается непрерывный график. Механический переключатель диапазонов в приемниках был сконструирован так, чтобы он принимал только фиксированные положения. 4.4 Дискретизация по времени и квантование по уровню Дискретизация по времени и квантование по уровню лежат в основе преобразования сигнала из аналоговой формы в цифровую. Для того, чтобы понять, как дискретизация по времени и квантование могут преобразовать аналоговый звуковой сигнал в последовательность чисел, давайте вначале рассмотрим характеристики этого сигнала. Аналоговый аудиосигнал — это напряжение, изменяющееся во времени. Чем быстрее звуковой сигнал изменяется во времени, тем выше его частота. Чем больше амплитуда изменений, тем сигнал громче. Таким образом, аудиосигнал имеет два параметра — время и амплитуду — и для его правильной передачи эти параметры необходимо закодировать. Запись на грампластинке — хороший пример сохранения информации о времени и амплитуде. Размах модуляции звуковой канавки кодирует значение амплитуды звукового ЕН02 Информатика Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта сигнала; чем больше эта модуляция, тем больше амплитуда сигнала. Временная информация кодируется благодаря вращению грампластинки с одинаковой угловой скоростью как при записи, так и при воспроизведении. Если мы изменим скорость вращения проигрывателя, то изменятся временные соотношения и, следовательно, частота сигнала. В цифровом сигнале также должна сохраняться временная и амплитудная информация исходного звука. Но вместо кодирования и записи этих параметров в аналоговой форме (как на грампластинке), в цифровой записи временные и амплитудные параметры сохранены в дискретной форме. Временная информация кодируется в цифровой аудиосистеме путем периодического измерения мгновенных значений аудиосигнала. Дискретное значение аналогового сигнала называют отсчетом. Амплитудная информация кодируется в результате представления значения каждого отсчета при помощи числа. Этот процесс называется квантованием. Таким образом, дискретизация по времени и квантование по уровню являются основой цифровой звукотехники: дискретизация сохраняет временную информацию, квантование — амплитудную. В результате выполнения дискретизации по времени и квантования по уровню возникает последовательность двоичных чисел, называемых словами, которые представляют форму аналогового сигнала. Если преобразовать эти двоичные слова обратно в напряжение с сохранением исходных параметров первоначальной дискретизации по времени, то приблизительно будет воссоздана форма аналогового звукового сигнала. Для более точного восстановления исходной формы звукового сигнала необходимо дополнительно сгладить импульсы напряжения прямоугольной формы при помощи фильтра нижних частот. Таким образом дискретизация по времени и квантование по уровню преобразуют непрерывную аналоговую функцию (непрерывно изменяющееся напряжение аналогового сигнала) в последовательность дискретных двоичных чисел. На рис. В-2 показано, как непрерывный аналоговый сигнал преобразуется в двоичные числа и обратно в непрерывный аналоговый сигнал. 4.5 АЦП (аналого-цифровой преобразователь) Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, англ. Analog-to-digital converter, ADC) — устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Обратное преобразование осуществляется при помощи ЦАП (цифро-аналогового преобразователя, DAC). Как правило, АЦП — электронное устройство, преобразующее напряжение в двоичный цифровой код. Тем не менее, некоторые неэлектронные устройства с цифровым выходом, следует также относить к АЦП, например, некоторые типы преобразователей угол-код. Простейшим одноразрядным двоичным АЦП является компаратор. АЦП встроены в большую часть современной звукозаписывающей аппаратуры, поскольку обработка звука делается, как правило, на компьютерах; даже при использовании аналоговой записи АЦП необходим для перевода сигнала в PCM-поток, который будет записан на компакт-диск. Современные АЦП, используемые в звукозаписи, могут работать на частотах дискретизации до 192 кГц. Многие люди, занятые в этой области, считают, что данный показатель избыточен и используется из чисто маркетинговых соображений (об этом свидетельствует теорема Котельникова-Шеннона). Можно сказать, что звуковой аналоговый сигнал не содержит столько информации, сколько может быть сохранено в цифровом сигнале при такой высокой частоте дискретизации, и зачастую для Hi-Fiаудиотехники используется частота дискретизации 44,1 кГц (стандартная для компактдисков) или 48 кГц (типична для представления звука в компьютерах). Однако широкая полоса упрощает и удешевляет реализацию антиалиасинговых фильтров, позволяя делать их с меньшим числом звеньев или с меньшей крутизной в полосе заграждения, что положительно сказывается на фазовой характеристике фильтра в полосе пропускания. ЕН02 Информатика Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта АЦП для звукозаписи, используемые в компьютерах, бывают внутренние и внешние. Также существует свободный программный комплекс PulseAudio для Linux, позволяющий использовать вспомогательные компьютеры как внешние ЦАП/АЦП для основного компьютера с гарантированным временем запаздывания. Аналого-цифровое преобразование используется везде, где требуется обрабатывать, хранить или передавать сигнал в цифровой форме. 2. АЦП являются составной частью систем сбора данных. 3. Быстрые видео АЦП используются, например, в ТВ-тюнерах. (это параллельные и конвеерные АЦП) 4. Медленные встроенные 8, 10, 12 или 16-битные АЦП часто входят в состав микроконтроллеров.(как правило они строются по принципу поразрядного уравновешивания, точность их невысока) 5. Очень быстрые АЦП необходимы в цифровых осциллографах.(параллельные и конвеерные) 6. Современные весы используют АЦП с разрядностью до 24 бит, преобразующие сигнал непосредственно от тензометрического датчика. (сигма-дельта АЦП) 7. АЦП входят в состав радиомодемов и других устройств радиопередачи данных, где используются совместно с процессором ЦОС в качестве демодулятора. 8. Сверхбыстрые АЦП используются в антенных системах базовых станций (в так называемых SMART-антеннах) и в антенных решётках РЛС. 4.6 ЦАП (цифро-аналоговой преобразователь) Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) — устройство для преобразования цифрового (обычно двоичного) кода в аналоговый сигнал (ток, напряжение или заряд). Цифроаналоговые преобразователи являются интерфейсом между дискретным цифровым миром и аналоговыми сигналами. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) производит обратную операцию. Звуковой ЦАП обычно получает на вход цифровой сигнал в импульсно-кодовой модуляции (англ. PCM, pulse-code modulation). Задача преобразования различных сжатых форматов в PCM выполняется соответствующими кодеками. Своими встроенными ЦАПами снабжены все проигрыватели лазерных дисков, DVD- и CD-плееры, ресиверы. 5. Единицы измерения информации Единицы измерения информации служат для измерения объёма информации— величины, исчисляемой логарифмически. Это означает, что когда несколько объектов рассматриваются как один, количество возможных состояний перемножается, а количество информации —складывается. Не важно, идёт речь о случайных величинах в математике, регистрах цифровой памяти в технике или даже квантовых системах в физике. 5.1 Вероятность - численная мера достоверности случайного события, которая при большом числе испытаний близка к отношению числа случаев, когда событие осуществилось с положительным исходом, к общему числу случаев. Два события называют равновероятными, если их вероятности совпадают. Примеры равновероятных событий 1.при бросании монеты: «выпала решка», «выпал орел»; 2. на странице книги: «количество букв чётное», «количество букв нечётное»; 3. при бросании игральной кости: «выпала цифра 1»,«выпала цифра 2»,«выпала цифра 3»,«выпала цифра 4»,«выпала цифра 5»,«выпала цифра 6». Неравновероятные события Определим, являются ли равновероятными сообщения «первой из дверей здания выйдет женщина» и «первым из дверей здания выйдет мужчина». Однозначно ответить на этот вопрос нельзя. Во-первых, как известно количество мужчин и женщин неодинаково. Во- ЕН02 Информатика Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта вторых, все зависит от того, о каком именно здании идет речь. Если это военная казарма, то для мужчины эта вероятность значительно выше, чем для женщины. Вероятностный подход к измерению количества информации. Подход к информации как мере уменьшения неопределенности знания позволяет количественно измерять информацию, что чрезвычайно важно для информатики. Пусть у нас имеется монета, которую мы бросаем на ровную поверхность. С равной вероятностью произойдет одно из двух возможных событий — монета окажется в одном из двух положений: «орел» или «решка». Перед броском существует неопределенность наших знаний (возможны два события), и как упадет монета — предсказать невозможно. После броска наступает полная определенность, так как мы видим, что монета в данный момент находится в определенном положении (например, «орел»). Это приводит к уменьшению неопределенности наших знаний в два раза, поскольку из двух возможных равновероятных событий реализовалось одно. 6. Логарифмы Чаще всего измерение информации касается объёма компьютерной памяти и объёма данных, передаваемых по цифровым каналам связи. Впервые объективный подход к измерению информации был предложен американским инженером Р. Хартли, затем в 1948 году обобщен американским учёным К. Шенноном. Хартли рассматривал процесс получения информации как выбор одного сообщения из конечного наперед заданного множества из N равновероятных сообщений, а количество информации I, содержащееся в выбранном сообщении, определял как двоичный логарифм N. В информатике логарифмы по основанию два, называют двоичными логарифмами. Логарифм числа a по основанию b (logba ) равен показателю степени, в которую надо возвести число b, чтобы получить число a. 6.1 Формула Хартли: I = log2N Шеннон предложил другую формулу определения количества информации, учитывающую возможную неодинаковую вероятность сообщений в наборе. Ральф Винтон Лайон Хартли (англ. Ralph Vinton Lyon Hartley, 30 ноября 1888, Спрус, Невада — 1 мая 1970, Нью-Джерси) — американский учёный-электронщик. Он предложил генератор Хартли, преобразование Хартли и сделал вклад в теорию информации, введя в 1928 году логарифмическую меру информации log , H n 2 m которая называется хартлиевским количеством информации или просто мерой Хартли. 6.2 Формула Шеннона: I=P1log21/P1+P2log21/P2+…+PNlog21/PN, где pi – вероятность i-го сообщения Поскольку каждый регистр арифметического устройства и каждая ячейка памяти состоит из однородных элементов, а каждый элемент может находиться в одном из двух устойчивых состояний (которые можно отождествить с нулем и единицей), то К. Шенноном была введена: 6.3 единица измерения информации – бит. Имеется формула, которая связывает между собой число возможных событий N и количество информации I: По этой формуле легко определить число возможных событий, если известно количество информации. Так, для кодирования одного символа требуется 8 бит информации, следовательно, число возможных событий (символов) составляет: ЕН02 Информатика Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта Наоборот, для определения количества информации, если известно число событий, необходимо решить показательное уравнение относительно /. Например, в игре «Крестики-нолики» на поле 4*4 перед первым ходом существует 16 возможных событий (16 различных вариантов расположения «крестика»), тогда уравнение принимает вид: 16 = 2^i. Так как 16 = 2^4, то уравнение запишется как: таким образом, I = 4 бит, т.е. количество информации, полученное вторым игроком после первого хода первого игрока, составляет 4 бит. Бит – слишком мелкая единица измерения. На практике чаще применяется более крупная единица – байт, равная восьми битам. Именно восемь битов требуется для того, чтобы закодировать любой из 256 символов алфавита клавиатуры компьютера (256=28). Широко используются также еще более крупные производные единицы информации: 1 Килобайт (Кбайт) = 1024 байт, 1 Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт, 1 Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт. В последнее время в связи с увеличением объемов обрабатываемой информации входят в употребление такие производные единицы, как: 1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт, 1 Петабайт (Пбайт) = 1024 Тбайт. +За единицу информации можно было бы выбрать количество информации, необходимое для различения, например, десяти равновероятных сообщений. Это будет не двоичная (бит), а десятичная (дит) единица информации. 7. Объемный подход к измерению количества информации. При реализации информационных процессов информация передается в виде сообщения, представляющего собой совокупность символов какого-либо алфавита. При этом каждый новый символ в сообщении увеличивает количество информации, представленной последовательностью символов данного алфавита. Если теперь количество информации, содержащейся в сообщении из одного символа, принять за единицу, то объем информации (данных) V в любом другом сообщении будет равен количеству символов (разрядов) в этом сообщении. Так как одна и та же информация может быть представлена многими разными способами (с использованием разных алфавитов), то и единица измерения информации (данных) соответственно будет меняться. В компьютерной технике наименьшей единицей измерения информации является 1 бит. Таким образом, объем информации, записанной двоичными знаками (0 и 1) в памяти компьютера или на внешнем носителе информации подсчитывается просто по количеству требуемых для такой записи двоичных символов. Например, восьмиразрядный двоичный код 11001011 имеет объем данных V= 8 бит. В современной вычислительной технике наряду с минимальной единицей измерения данных «бит» широко используется укрупненная единица измерения «байт», равная 8 бит. При работе с большими объемами информации для подсчета ее количества применяют более крупные единицы измерения, такие как килобайт (Кбайт), мегабайт (Мбайт), гигабайт (Гбайт), терабайт (Тбайт): 1 Кбайт = 1024 байт = 210 байт; 1 Мбайт = 1024 Кбайт = 220 байт = 1 048 576 байт; 1 Гбайт = 1024 Мбайт = 230 байт = 1 073 741 824 байт; 1 Тбайт = 1024 Гбайт = 240 байт = 1 099 511 627 776 байт. Следует обратить внимание, что в системе измерения двоичной (компьютерной) информации, в отличие от метрической системы, единицы с приставками «кило», «мега» и т. д. получаются путем умножения основной единицы не на 103= 1000, 106= 1000 000 и т. д., а на 210 , 220 и т. д. ЕН02 Информатика Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта Упорядоченную последовательность взаимосвязанных действий, выполняемых в строго определенной последовательности с момента возникновения информации до получения заданных результатов, называют технологией обработки информации . 8. Технология обработки информации зависит от характера решаемых задач, используемых средств вычислительной техники, числа пользователей, систем контроля за процессом обработки информации и т.д. Технология как некоторый процесс всегда присутствует в любой предметной области, особенности которой, в свою очередь, оказывают существенное влияние на функции соответствующих технологий. Информационная технология направлена на обработку и/или переработку «сырья» (в качестве которого выступают данные, информация, знания) путем использования соответствующих «машин», «механизмов» и «организационно-технологических приемов» (в качестве которых выступают аппаратные, программные и организационнометодические средства). Следует отметить, что информационные технологии, в отличие от производственных, обладают рядом специфических функций, таких как: сбор, регистрация, хранение, поиск, накопление, генерация, анализ, передача и распространение данных, информации и знаний. Под информационной технологией следует понимать систему методов и способов сбора, накопления, хранения, поиска, обработки, анализа, выдачи данных, информации и знаний на основе применения аппаратных и программных средств в соответствии с требованиями, предъявляемыми пользователями. Обработка информации происходит в процессе реализации технологического процесса, определяемого предметной областью. 8.1 Технологический процесс обработки информации представляет собой упорядоченную последовательность взаимосвязанных действий по обработке данных, информации, знаний до получения необходимого полезного результата. Отсюда следует, что понятие информационной технологии подразумевает решение экономических и управленческих задач, связанное с выполнением ряда операций по сбору необходимой для решения этих задач информации, переработки ее по некоторым алгоритмам и выдачи результата лицу, принимающему решение, в удобной для него форме. Технологический процесс обработки информации зависит от характера решаемых задач, используемых технических средств, систем контроля, числа пользователей и т.д. Технологический процесс обработки информации может включать в свой состав следующие операции (действия). 1. Сбор данных, информации, знаний. Эта операция представляет собой процесс регистрации, фиксации, записи детальной информации (данных, знаний) о событиях, объектах (реальных и абстрактных) связях, признаках и соответствующих действиях. При этом иногда выделяют в отдельные операции «сбор данных и информации» и «сбор знаний». Сбор данных и информации — это процесс идентификации и получения данных от различных источников, группирования полученных данных и представления их в форме, необходимой для ввода в ЭВМ. Сбор знаний — это получение информации о предметной области от специалистов-экспертов и представление ее в форме, необходимой для записи в базу знаний. 2. Обработка данных, информации, знаний. Обработка — понятие достаточно широкое и очень часто включает в себя несколько взаимосвязанных более мелких операций. К обработке могут относить такие операции, как проведение расчетов, выборка, поиск, объединение, слияние, сортировка, фильтрация и т.д. Важно помнить, что обработка представляет собой систематическое выполнение операций над данными, процесс преобразования, вычисления, анализа и синтеза любых форм ЕН02 Информатика Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта данных, информации и знаний посредством систематического выполнения операций над ними. При определении такой операции, как «обработка», также выделяют «обработку данных», «обработку информации», «обработку знаний». Обработка данных представляет собой процесс управления данными (цифры, символы и буквы) и преобразования их в информацию. Обработка информации представляет собой переработку информации определенного типа (текстовый, звуковой, графический и др.) и преобразование ее в информацию другого определенного типа. Так, например, принято различать обработку текстовой информации, обработку изображений (графики, фото, видео и мультипликация), обработку звуковой информации (речь, музыка, другие звуковые сигналы). Однако использование новейших современных технологий обеспечивает комплексное представление и одновременную обработку информации любого вида (текст, графика, аудио-, видео-, мультипликация), ее преобразование и вывод в текстовом, видео-, аудио- и мультипликационном формате. Понятие обработки знаний связано с понятием экспертных систем (или систем искусственного интеллекта), позволяющих на основании правил и предоставляемых пользователем фактов распознать ситуацию, поставить диагноз, сформулировать решение и дать рекомендацию по выбору действия. 3. Генерация данных, информации, знаний . Данная операция технологического процесса представляет собой процесс организации, реорганизации и преобразования данных (информации, знаний) в требуемую пользователем форму, в том числе и путем ее обработки. Например: процесс получения форматированных отчетов (документов). 4. Хранение данных, информации, знаний . Операция представляет собой процессы накопления, размещения, выработки и копирования данных (информации, знаний) для дальнейшего их использования (обработки и/или передачи). 5. Передача данных, информации, знаний . Указанная операция — это процесс распространения данных (информации, знаний) среди пользователей с применением посредством средств и систем коммуникаций путем перемещения (пересылки) данных от источника (отправителя) к приемнику (получателю). Основные выводы 1. Упорядоченную последовательность взаимосвязанных действий, выполняемых в строго определенной последовательности с момента возникновения информации до получения заданных результатов, называют технологией обработки информации. 2. Следует отметить, что информационные технологии, в отличие от производственных, обладают рядом специфических функций, таких как: сбор, регистрация, хранение, поиск, накопление, генерация, анализ, передача и распространение данных, информации и знаний. 3. Под информационной технологией следует понимать систему методов и способов сбора, накопления, хранения, поиска, обработки, анализа, выдачи данных, информации и знаний на основе применения аппаратных и программных средств в соответствии с требованиями, предъявляемыми пользователями. 4. Технологический процесс обработки информации представляет собой упорядоченную последовательность взаимосвязанных действий по обработке данных, информации, знаний до получения необходимого полезного результата. Технологический процесс обработки информации зависит от характера решаемых задач, используемых технических средств, систем контроля, числа пользователей и т.д. ЕН02 Информатика Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта 5. Технологический процесс обработки информации может включать в свой состав следующие операции (действия): 1. сбор данных, информации, знаний; 2. обработка данных, информации, знаний; 3. генерация данных, информации, знаний; 4. хранение данных, информации, знаний; 5. передача данных, информации, знаний.
