Информационные объекты различных видов

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» I с=5х11=55 (битов). С помощью формулы N = 2 I можно определить количество информации, которое несет знак в двоичной знаковой системе: N =2  2=2 I  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.

ЗАДАЧИ

• ДНК человека (генетический код) можно представить себе как некоторое слово в четырёхбуквенном алфавите, где каждой буквой помечается звено цепи ДНК, или нуклеотид.

Сколько информации (в битах) содержит ДНК человека, содержащий примерно 1,5*10 23 нуклеотидов?

Ответ:3*10 23 бит

ЗАДАЧИ на дом

• 1. Информационное сообщение объёмом 1,5 Кбайта содержит 3072 символа. Сколько символов содержит алфавит, при помощи которого было записано это сообщение?
• 2. Сообщение занимает 2 страницы и содержит 1/16 Кбайта информации. На каждой странице записано 256 символов. Какова мощность используемого алфавита?
• 3. Сколько килобайтов составляет сообщение, содержащее 12288 битов?

РЕШЕНИЕ задачи1

• Надо найти мощность алфавита N.

По условию задачи

I=1,5 Кб=1.5*1024*8=12 288 бит

I=i*k Значит, i=I/k=12 288/ 3072 = 4 бита

Так как N=2 i , то N=2 4 = 16 символов.

ОТВЕТ: 16 символов