Представление и преобразование информации в ЭВМ

Формы и системы представления информации для ее машинной обработки. Аналоговая и дискретная информация, представление числовой, графической и символьной информации в компьютерных системах. Понятие и особенности файловых систем, их классификация и задачи.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Введение

Информатика - это отрасль знаний, изучающая общие свойства и структуру научной информации, а также закономерности и принципы ее создания, преобразования, накопления, передачи и использование в различных областях человеческой деятельности, в том числе с помощью компьютеров и программ обработки информации.

Задачи накопления (хранения), обработки и передачи информации стояли перед человечеством на всех этапах его развития. Каждому этапу соответствовал определенный уровень развития средств информационного труда, прогресс развития которых всякий раз придавал человеческому обществу новое качество. Ранее были выделены основные этапы обращения с информацией, и они являются общими для всех наук при обработке информации с помощью ЭВМ. Научным фундаментом для их решения стала такая наука, как информатика.

Люди имеют дело со многими видами информации. Услышав прогноз погоды, можно записать его в компьютер, чтобы затем воспользоваться им. В компьютер можно поместить фотографию своего друга или видеосъемку о том как вы провели каникулы. Но ввести в компьютер вкус мороженого или мягкость покрывала никак нельзя.

Компьютер - это электронная машина, которая работает с сигналами. Компьютер может работать только с такой информацией, которую можно превратить в сигналы. Если бы люди умели превращать в сигналы вкус или запах, то компьютер мог бы работать и с такой информацией. У компьютера очень хорошо получается работать с числами. Он может делать с ними все, что угодно. Все числа в компьютере закодированы "двоичным кодом", то есть представлены с помощью всего двух символов 1 и 0, которые легко представляются сигналами.

Вся информация с которой работает компьютер кодируется числами. Независимо от того, графическая, текстовая или звуковая эта информация, что бы ее мог обрабатывать центральный процессор она должна тем или иным образом быть представлена числами.



Представление и преобразование информации в ЭВМ

В связи с информационной обработкой, будем делать четкое различие между информацией, то есть абстрактным содержанием значения, и ее представлением (внешней формой). В связи с выяснением понятия информации особенно выявляется своеобразие представления информации: без соответствующего соглашения об установлении значения все представления информации не имеют определенного смысла, то есть содержания. Только предписывание определенного значения переводит представление в информацию. Это становится особенно понятным при рассмотрении древних надписей и рисунков, смысл которых пока неизвестен.

Многие формы представления информации допускают различное толкование. Так, слово "green", рассматриваемое как последовательность литер, является последовательностью трех литер: «g», «r», «e», «n». Литеры мы можем интерпретировать акустически и тем самым заменить эту последовательность литер произнесенным словом. Это возможно, если мы знаем фонетическое значение букв - даже в том случае, когда значение самого слова нам неизвестно. В английском языке со словом "green" в качестве его значения связывают цвет. Если это слово связывается со светофором, то оно сразу получает новое толкование, а в других обстоятельствах - совсем другое. Как показывает этот пример, с одной и той же последовательностью литер люди в зависимости от обстоятельств связывают различные значения. И наоборот, одно и то же смысловое содержание может быть представлено различными способами.

Понятийное разделение внешней формы и абстрактного информационного содержания какого-либо высказывания или сообщения является фундаментальным для информатики. Итак, мы различаем в связи с информацией:

1. Ее представление или изображение (внешняя форма);

2. Ее значение (собственно "абстрактная" информация);

3. Ее отношение к реальному миру (связь абстрактной информации с действительностью).

Информатика включает в себя науку о машинной обработке информации. Это охватывает вопросы:

Схематизированного представления (изображения информационной структуры объектов и данных, а также их взаимосвязи;

Правил и предписаний для обработки информации (алгоритмы, вычислительные предписания) и их представления, включая описание протекания работы (процессы, взаимодействующие системы).

Оба эти пункта тесно связаны между собой. Программа, например, в качестве своей внешней формы имеет текстовую (или графическую) структуру. Текстовая структура, в свою очередь, представляет собой объект для информационной обработки. Но программа представляет также предписание для обработки. При ее выполнении в компьютере протекает процесс действий, который преобразует определенные исходные данные в определенные выходные данные (результаты). Таким образом, программа описывает и реализует некоторую функцию. При разработке программных систем перед информатикой стоит задача представления, моделирования и использования самых различных видов информации. Так как машинная, "схематичная" обработка информации, соответственно ее представления, требует точно установленных форм представления и преобразования, информатика пользуется формальными методами. Этим она обнаруживает связь с математикой, особенно с математической логикой. Но поскольку методы информатики должны вести к практически применимым продуктам ("программам", "системам"), которые должны решать поставленные задачи на имеющихся вычислительных машинах, то есть на физических объектах, при дополнительных экономических условиях, то информатика имеет и сильно выраженные инженерно-научные черты.

Для машинной обработки информации всегда необходимы формы ее представления. Это представление может принимать разнообразные виды. От условных знаков ("сигнал"), от произносимых слов ("акустическое представление") до рисунков (графическое представление, "пиктограмма", "иконки") или последовательностей символов (написанного "слова", "текста") находится большое число возможностей для выбора способа представления. Однако всегда важно установление способа выявления значения представления. Представление интерпретируется, чтобы получить информацию. Переход (часто только воображаемый, мысленный) от представления к абстрактной информации, то есть к значению представления, называют интерпретацией.

Информация, находящаяся в какой-либо информационной системе, воспринимается как некоторая математическая структура. Переход от представления к элементам этой математической структуры называется интерпретацией. Установление отношений к реальному миру, то есть толкование значения информации в смысле окружающего нас мира, мы называем пониманием. Существует тонкая разница между интерпретацией и пониманием. Отдельно от этого ставится вопрос о том, соответствует ли информация действительности, передает ли она реальные обстоятельства. Об этом можно судить в лучшем случае субъективно.

Различные системы представления информации по-разному эффективны. Если должна представляться сложная информация, то должна выбираться подходящая система ее представления. В применениях информатики обычно рассматривается точно описанное множество R представлений с интерпретацией I в множестве A элементов (информаций). Интерпретация I данному представлению r (сообщению) ставит в соответствие некоторое абстрактное информационное содержание I[r]. Таким образом, интерпретации соответствует отображение I: R A

Через (A, R, I) мы будем обозначать информационную систему. Таким образом, информационная система соответствует понятию отображения из математики. Впрочем, к системе представления R обычно предъявляют прагматические требования - например, чтобы все представления были конечны. R называют также системой представления, а A - семантической моделью.

Пример (система представления для натуральных чисел). Пусть N - множество натуральных чисел (включая и число "нуль"), представляемых числом штрихов, то есть с помощью последовательностей штрихов:

e, |, ||, |||, …

где через e обозначена пустая последовательность. Обычным представлением натуральных чисел являются десятичные числа, то есть последовательности с символами из множества цифр {0, 1, …, 9}. Интерпретацией I здесь является отображение десятичного представления в последовательность штрихов (здесь запись {0, 1, …, 9}+ обозначает множество непустых конечных последовательностей десятичных цифр)

I: {0, 1, …, 9}+ N

с I[0]= e, I[1]= |, I[2]=||, …

Этот пример проясняет фундаментальную проблему информационной обработки: информация в ее абстрактном виде не может быть записана непосредственно, а потому всегда может быть только как-то изображена. Представление натуральных чисел с помощью штрихов снова является только их изображением. Понятие же числа в математике есть абстракция, которая понимается совершенно независимо от конкретного изображения. Законы математики справедливы для чисел в их римской записи так же, как и при их представлении с помощью штрихов, в двоичной или десятичной записи. Впрочем, различные способы представления чисел существенно различаются с точки зрения удобства их использования для определенных процессов обработки. Достаточно лишь попытаться выполнить сложение, а тем более умножение чисел в их римской записи.

Часто в какой-либо системе представления имеется много различных изображений для той же самой информации. Эти изображения называются тогда эквивалентными. Точнее говоря, в информационной системе (A, R, I) справедливо: два изображения r1, r2 R называются семантически эквивалентными, если они несут одинаковую информацию, то...