Информация как снятая неопределенность. Формы информации. Представление числовой информации. Представление текстовой информации. Представление графической информации. Представление звуковой информации

Информация в теории информации - это не любые сведения, а лишь те, которые снимают полностью или уменьшают существующую до их получения неопределенность. Бит - это количество информации, которое содержит сообщение, уменьшающее неопределенность знаний в два раза. Примеры: 1) бросание монеты (из двух возможных событий реализуется одно), рождение человека (мальчик-девочка) - количество информации равно 1 биту; 2) в соревновании участвуют 4 команды, тогда сообщение, что третья команда набрала большее количество очков, уменьшает неопределенность в 4 раза - количество информации равно 2 бита; 3) сообщение о том, что на светофоре загорелся красный свет, несет в себе большую информацию, чем бит, т.к. исходных варианта 3..

Для вычисления количества информации используется формула Р.Хартли (1928 г): I=log 2 N или 2 I = N N - число равновероятных событий ( число возможных выборов) I - количество информации. Если N=2 (выбор из двух возможностей), то I=1 бит. Если N=3 (выбор из трех возможностей - задача о светофоре), то I= log 2 3 =1,585 бит. В 1948 году К. Шеннон предложил формулу для вычисления количества информации для событий с различными вероятностями.

Задача 1: В рулетке общее количество лунок равно 128. Какое количество информации мы получаем в зрительном сообщении об остановке шарика в одной из лунок? Задача 2: Какое количество информации получит при игре в Крестики-нолики второй игрок, после первого хода первого игрока? Задача 3: В результате исследований получено 4 бита информации. Каково количество возможных вариантов?

Вычислительная техника первоначально возникла как средство автоматизации вычислений. Следующим видом обрабатываемой информации стала текстовая. Обязательной частью программного обеспечения стали текстовые редакторы. Далее возникла необходимость использовать при оформлении текстов графики и рисунки. Для этих целей первоначально использовали специальные символы - псевдографические, а в дальнейшем научились обрабатывать графическую информацию. И относительно недавно появились технические возможности обрабатывать звуковую информацию, а также быстро меняющиеся изображения(видео) - компьютер стал мультимедийным.

Процесс кодирования информации, предназначенной для компьютерной обработки, представляет собой преобразование ее в числовую форму. Исходя из принципов устройства компьютера можно утверждать, что любая информация хранится и обрабатывается в нем в двоичном коде ( 0 и 1). В реальном мире любая информация может быть представлена в аналоговой (непрерывной) или дискретной (прерывистой) формах. При аналоговом представлении информации физическая величина может принимать бесконечное множество значений (рисунки, фотографии, картины, множество вещественных чисел). При дискретном представлении информации физическая величина может принимать конечное множество значений (таблица значений функции; система целых чисел на заданном отрезке; показания цифровых измерительных приборов: вольтметра, весов; картинка, напечатанная с помощью струйного принтера; символы любого алфавита).

Компьютер способен обрабатывать только дискретную информацию, поэтому аналоговую информации предварительно преобразовывают. Дискретизация (квантование) - преобразование непрерывной информации в набор дискретных значений, каждому из которых присваивается значение его кода. Замечание: информация при дискретизации искажается, поэтому к качеству этого процесса предъявляются высокие требования. Не нуждаются в дискретизации целые числа и символы, а действительные числа, звуковая и графическая информация, требую определенных процедур ввода.

В компьютере представление целых и вещественных (действительных) чисел существенно различается. Запись чисел с фиксированной точкой. Для хранения чисел в естественной форме устанавливается фиксированная длина разрядной сетки. Точку (запятую) можно зафиксировать в начале, середине или конце разрядной сетки. Распределение разрядов между целой и дробной частями остается неизменным. В современных ПК эта форма используется для представления целых чисел. Целые числа - дискретны, а поэтому переводятся в двоичную с/с и хранятся в ячейках памяти определенной длины ( чаще всего два байта).

Максимальное десятичное число, закодированное таким образом: = = Самый старший бит отводится под знак числа. (0 - положительное, 1 - отрицательное).

В отличие от целых, вещественные числа являются непрерывными, и для представления их в ЭВМ приходится ограничиваться определенной точностью, отбрасывая младшие разряды. При этом могут возникать определенные проблемы: например, при сравнении двух вещественных чисел на равенство. Действительные числа записываются в ПК в формате с плавающей запятой, который опирается на экспоненциальную форму записи чисел. А= m q n m-мантисса числа, q- основание с/с, n-порядок числа. Пример: 0,0035 = = 3, = 0,

Для однозначности определения чисел используется следующее соглашение: мантисса всегда меньше единицы и первый разряд содержит отличную от нуля цифру, т.е. q -1 m A < 1. Такое число называется нормализованным. Чаще всего такие числа располагают в 32-х разрядной сетке (4 байта). Три младших байта отводится под запись мантиссы, а старший байт включает в себя: один (старший) бит - знак числа, один бит - знак порядка, шесть битов - порядок числа. Пример: -123,45 = - 0, в памяти ПК будет представлено так: порядок Знак порядка Знак числа мантисса

Задача 1: Каково наименьшее количество двоичных разрядов, необходимых для записи значения выражения: ? Задача 2: Какое количество информации содержит один разряд шестнадцатеричного числа?

Символ - это дискретная величина. Компьютер оперирует с ограниченным набором символов, который называется алфавитом. Для хранения одного символа требуется один байт (в нем можно получить 256 различных кодовых комбинаций). Кодирование заключается в том, что каждому символу ставится в соответствие уникальный десятичный код от 0 до 255. Таким образом, человек различает символы по их начертанию, а ПК - по их коду. При вводе символа ПК по номеру определяет, как его надо изобразить. Для каждого символа хранится программа, порождающая начертание символа (векторный способ). Геометрические параметры этих программ могут легко изменяться, что обеспечивает удобное масштабирование шрифтов.

Присвоение символу определенного кода - это вопрос соглашения, которое фиксируется в кодовой таблице. Кодирование опирается на несколько различных стандартов, но первоосновой для всех был стандарт ASCII (American Standard Code for Information Interchange), разработанный в США в национальном институте ANSI (American National Standards Institute). В системе ASCII закреплены две таблицы кодирования: базовая и расширенная. Базовая таблица закрепляет значения кодов от 0 до 127, а расширенная относится к символам с номерами от 128 до 255. Первые 33 кода соответствуют не символам, а операциям (перевод строки...). Коды с 33 до 127 являются интернациональными и соответствуют символам латинского алфавита, цифрам, знакам арифметических операций и знакам препинания. Коды с 128 до 255 являются национальными, т.е. в национальных кодировках одному и тому же коду соответствуют различные символы.

В настоящее время существует несколько различных кодовых таблиц для русских букв: КОИ-8, СР-1251, СР-866, Мас, ISO. Поэтому тексты, созданные в одной кодировке, не будут правильно изображаться в другой. После появления операционной системы WINDOWS, выяснилось, что альтернативная кодировка по некоторым причинам не подходит, и была создана новая кодировка Windows В последнее время появился новый международный стандарт Unicode, который отводит на каждый символ по два байта, а потому можно закодировать 2 16 = различных символов (символы всех языков и диалектов жителей Земли). Двоичный код КОИ-8СР 1251СР 866МАСISO Ддфдф Еехех

Задача 1: Каков информационный объем одного символа в 8- ми битной кодировке? в 16-битной кодировке? Задача 2 : Как изменится информационный объем текста при его преобразовании из кодировки Unicode (65536 символов) в кодировку Windows-1251 (256 символов)? Увидеть кодировку символов позволяет служебная программа Таблица символов. Она запускается командой Пуск - Программы - Стандартные – Служебные - Таблица символов.

Любое графическое изображение состоит из бесконечного множества точек. Поэтому важным этапом кодирования графических сообщений является разбиение его на дискретные элементы (дискретизация). В зависимости от выбора этих элементов различают растровые и векторные изображения. Растровое изображение представляет собой совокупность точек, полученных в результате дискретизации изображения в соответствии с матричным принципом. Изображение разбивается на заданное количество строк и столбцов (т.е. на изображение накладывается сетка-растр). Пиксель - это минимальная единица изображения, цвет и яркость которой можно задать. В соответствии с матричным принципом строятся изображения, выводимые принтером, отображаемые на экране дисплея, получаемы с помощью сканера.

Качество изображения будет тем выше, чем плотнее расположены пиксели, т.е. чем больше разрешающая способность устройства, и чем точнее закодирован цвет каждого из них. Цветные изображения могут иметь различную глубину, которая задается количеством бит, используемым для кодирования цвета точки. Цветное изображение на экране монитора формируется за счет смешения трех базовых цветов: красного, зеленого и синего. Такая цветовая модель называется RGB моделью (RedGreenBlue). Для получения богатой палитры цветов базовым цветам могут быть заданы различные интенсивности. Количество цветов ( N ), отображаемых на экране, вычисляется по формуле N = 2 I, где I - глубина цвета.

Глубина цвета ( I )Количество цветов ( N ) 1 бит 3 бита 4 бита два цвета (0 - черный, 1 - белый) 8 цветов (цвета радуги) 16 цветов 8 бит = 1 байт 256 цветов Векторное изображение представляет собой совокупность графических примитивов. Каждый примитив состоит из элементарных отрезков кривых, параметры которых (координаты узловых точек, радиус кривизны и т.п.) описываются математическими формулами. Для каждой линии указывается ее тип (сплошная, пунктирная), толщина и цвет, а замкнутые фигуры дополнительно характеризуются типом заливки. Кодирование векторных изображений выполняются различными способами, в зависимости от прикладного программного обеспечения.

Задача 1: Рассчитать необходимый объем видеопамяти для одного из графических режимов с разрешением 800 х 600 и глубиной цвета 24 бит на точку. Задача 2: Сканируется цветное изображение размером 10 х 10 см. Разрешающая способность сканера 600 dpi и глубина цвета 32 бита. Какой информационный объем будет иметь полученный графический файл? Задача 3: В процессе преобразования растрового графического изображения количество цветов увеличилось с 2 4 до Во сколько раз увеличился объем, занимаемой им памяти?

С начала 90-х годов персональные компьютеры получили возможность работать со звуковой информацией. Каждый КП, имеющий звуковую плату, микрофон и колонки, может записывать, сохранять и воспроизводить звуковую информацию. Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда, тем звук громче. Чем больше частота сигнала, тем выше тон. Чтобы компьютер смог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в конечную последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).

В процессе кодирования фонограммы проводится дискретизация по времени. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, и на каждом участке измеряется и квантуется амплитуда звуковой волны: т.е. ей присваивается ближайшее значение уровня громкости из стандартного набора фиксированных значений. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность ступенек. Таким образом звук описывается последовательностью целых чисел, которые и хранятся в памяти ПК.

Качество кодирования звука зависит от глубины и частоты дискретизации. Частота дискретизации - это количества измерений уровня сигнала в единицу времени. Эта величина может принимать значения от 8 до 48 Кгц. Глубина кодирования - это количество бит, используемое для кодирования амплитуды сигнала. Количество различных уровней сигнала можно рассчитать по формуле N = 2 I, где I - глубина кодирования. Современные звуковые карты обеспечивают 16-и битную глубину кодирования звука, а значит допускают кодирование 2 16 = уровней сигнала.

Задача 1: Оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 1 мин, если глубина и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно 16 бит и 8 Кгц. Задача 2: Рассчитайте время звучания моноаудиофайла, если при 16-битной глубине кодирования и частоте дискретизации 32 Кгц его объем равен 700 Кбайт.

Литература Н. Угринович «Информатика и информационные технологии». Учебное пособие для классов. Автор презентации: Евграфова Ольга Владимировна учитель информатики первой категории Межшкольного учебного комбината