Microsoft Word doc

Носители
 
информации
 
Носителями
информации
являются
данные
, 
представляю
-
щие
собой
зарегистрированные
сигналы
. 
При
этом
физический
метод
регистрации
может
быть
любым
: 
механическое
переме
-
щение
физических
тел
, 
изменение
их
формы
или
параметров
качества
поверхности
, 
изменение
электрических
, 
магнитных
, 
оптических
характеристик
, 
изменение
состояния
электронной
системы
и
многое
другое
. 
В
соответствии
с
методом
регистра
-
ции
данные
могут
храниться
и
транспортироваться
на
носителях
различных
видов
. 
Самым
распространенным
носителем
данных
, 
хотя
и
не
самым
экономичным
, 
по
-
видимому
, 
является
бумага
. 
На
бумаге
данные
регистрируются
путем
изменения
оптических
характеристик
ее
поверхности
. 
Изменение
оптических
свойств
(
изменение
коэффициента
отражения
поверхности
в
определен
-
ном
диапазоне
длин
волн
) 
используется
также
в
устройствах
, 
осуществляющих
запись
лазерным
лучом
на
пластмассовых
но
-
сителях
с
отражающим
покрытием
(CD-ROM). 
В
качестве
носи
-
телей
, 
использующих
изменение
магнитных
свойств
, 
можно
на
-
звать
магнитные
ленты
и
диски
. 
Регистрация
данных
путем
из
-
менения
химического
состава
поверхностных
веществ
носителя
широко
используется
в
фотографии
. 
Свойства
информации
весьма
тесно
связаны
со
свойствами
ее
носителей
. 
Любой
носитель
можно
характеризовать
парамет
-
ром
разрешающей
 
способности
(
количеством
данных
, 
записан
-
ных
в
принятой
для
носителя
единице
измерения
) 
и
динамиче
-
ским
 
диапазоном
(
логарифмическим
отношением
интенсивности
амплитуд
максимального
и
минимального
регистрируемого
сиг
-
налов
). 
От
этих
свойств
носителя
нередко
зависят
такие
свойства
информации
, 
как
полнота
, 
доступность
и
достоверность
. 
Напри
-
мер
, 
мы
можем
рассчитывать
на
то
, 
что
в
базе
данных
, 
размещае
-
мой
на
компакт
-
диске
, 
проще
обеспечить
полноту
информации
, 
чем
в
аналогичной
по
назначению
базе
данных
, 
размещенной
на
гибком
магнитном
диске
, 
поскольку
в
первом
случае
плотность

---

324 
записи
данных
на
единице
длины
дорожки
намного
выше
. 
Для
обычного
потребителя
доступность
информации
в
книге
заметно
выше
, 
чем
той
же
информации
на
компакт
-
диске
, 
поскольку
не
все
потребители
обладают
необходимым
оборудованием
. 
В
ходе
информационного
процесса
данные
преобразуются
из
одного
вида
в
другой
с
помощью
методов
. 
Обработка
данных
включает
в
себя
множество
различных
операций
. 
По
мере
раз
-
вития
научно
-
технического
прогресса
и
общего
усложнения
свя
-
зей
в
человеческом
обществе
трудозатраты
на
обработку
данных
неуклонно
возрастают
. 
Прежде
всего
это
связано
с
постоянным
усложнением
условий
управления
производством
и
обществом
. 
Второй
фактор
, 
также
вызывающий
общее
увеличение
объемов
обрабатываемых
данных
, 
тоже
связан
с
научно
-
техническим
прогрессом
, 
а
именно
с
быстрыми
темпами
появления
и
внедре
-
ния
новых
носителей
данных
, 
средств
их
хранения
и
доставки
. 
В
структуре
возможных
операций
с
данными
можно
вы
-
делить
следующие
этапы
: 
– 
сбор
 
данных
 – 
накопление
информации
с
целью
обеспече
-
ния
достаточной
полноты
для
принятия
решений
; 
– 
формализация
 
данных
 – 
приведение
данных
, 
поступаю
-
щих
из
разных
источников
, 
к
одинаковой
форме
, 
чтобы
сделать
их
сопоставимыми
между
собой
, 
то
есть
повысить
их
уровень
доступности
; 
– 
фильтрация
 
данных
 – 
отсеивание
«
лишних
» 
данных
, 
в
ко
-
торых
нет
необходимости
для
принятия
решений
; 
при
этом
должен
уменьшаться
уровень
«
шума
», 
а
достоверность
и
адекватность
данных
должны
возрастать
; 
– 
сортировка
 
данных
 – 
упорядочение
данных
по
заданному
признаку
с
целью
удобства
использования
; 
повышает
доступ
-
ность
информации
; 
– 
архивация
 
данных
 – 
организация
хранения
данных
в
удоб
-
ной
и
легкодоступной
форме
; 
служит
для
снижения
экономиче
-
ских
затрат
по
хранению
данных
и
повышает
общую
надежность
информационного
процесса
; 

---

325 
– 
защита
 
данных
 – 
комплекс
мер
, 
направленных
на
предот
-
вращение
утраты
, 
воспроизведения
и
модификации
данных
; 
– 
транспортировка
 
данных
 – 
прием
и
передача
(
доставка
и
поставка
) 
данных
между
удаленными
участниками
информа
-
ционного
процесса
; 
при
этом
источник
данных
в
информатике
принято
называть
сервером
, 
а
потребителя
– 
клиентом
; 
– 
преобразование
 
данных
 – 
перевод
данных
из
одной
фор
-
мы
в
другую
или
из
одной
структуры
в
другую
. 
Преобразование
данных
часто
связано
с
изменением
типа
носителя
: 
например
, 
книги
можно
хранить
в
обычной
бумажной
форме
, 
но
можно
ис
-
пользовать
для
этого
и
электронную
форму
, 
и
микрофотопленку
. 
Необходимость
в
многократном
преобразовании
данных
возни
-
кает
также
при
их
транспортировке
. 
Совокупность
технических
средств
, 
требуемых
для
переда
-
чи
сообщения
от
источника
к
получателю
, 
называют
системой
 
связи
. 
В
функциональных
схемах
и
их
реализациях
такие
узлы
, 
как
кодер
и
модулятор
, 
объединяют
в
передающем
устройстве
; 
аналогично
демодулятор
 
и
декодер
объединяются
в
едином
уст
-
ройстве
– 
приемнике
. 
Модуляция
(
от
лат
. modulatio – 
мерность
, 
размеренность
) 
это
преобразование
по
заданному
закону
стацио
-
нарных
параметров
, 
характеризующих
поток
данных
. 
Например
, 
для
гармонических
колебаний
могут
быть
модулированы
по
оп
-
ределенному
закону
амплитуда
, 
частота
и
фаза
колебаний
. 
Соот
-
ветственно
примеры
амплитудной
, 
частотной
и
фазовой
модуля
-
ции
представлены
на
рис
. 12.7. 
Типичная
функциональная
схема
, 
включающая
основные
узлы
системы
связи
, 
представлена
на
рис
. 12.8. 
Указанная
здесь
линия
связи
, 
во
многих
случаях
ото
-
ждествляемая
с
каналом
передачи
, 
предназначена
для
передачи
сигналов
с
минимально
возможной
потерей
их
интенсивности
. 
В
линии
связи
локализована
неизбежно
присутствующая
в
систе
-
ме
связи
помеха
, 
приводящая
к
случайному
непредсказуемому
искажению
формы
передаваемого
сигнала
. 
Приведенный
здесь
список
типовых
операций
с
данными
далеко
не
полон
. 
Миллионы
людей
во
всем
мире
занимаются

---

326 
созданием
, 
обработкой
, 
преобразованием
и
транспортировкой
данных
, 
поэтому
работа
 
с
 
информацией
 
может
 
иметь
 
огром
-
ную
 
трудоемкость
 
и
 
ее
 
надо
 
автоматизировать
. 
Рис
. 12.7. 
Схемы
модуляции
: 
а
– 
гармонические
колебания
несущей
частоты
; 
б
– 
модулирующий
сигнал
; 
в
– 
амплитудно
-
модулированное
колебание
; 
г
– 
частотно
-
модулированное
колебание
; 
д
– 
фазово
-
модулированное
колебание
 
Рис
. 12.8. 
Функциональная
схема
передачи
информации
12.4. 
Измерение
 
количества
 
информации
. 
Энтропия
 
Для
автоматизации
работы
с
данными
, 
относящимися
к
раз
-
личным
типам
, 
очень
важно
унифицировать
их
форму
представле
-
ния
– 
для
этого
обычно
используется
прием
кодирования
, 
то
есть
выражение
данных
одного
типа
через
данные
другого
типа
. 
Есте
-
ственные
человеческие
языки
 – 
это
не
что
иное
, 
как
системы
коди
-

---

327 
рования
понятий
для
выражения
мыслей
посредством
речи
. 
Исто
-
рия
знает
интересные
, 
хотя
и
безуспешные
попытки
создания
«
универсальных
» 
языков
и
азбук
. 
Однако
эта
проблема
универсального
средства
кодирова
-
ния
достаточно
успешно
реализуется
в
отдельных
отраслях
тех
-
ники
, 
науки
и
культуры
. 
В
качестве
примеров
можно
привести
систему
записи
математических
выражений
, 
телеграфную
азбу
-
ку
, 
морскую
флажковую
азбуку
, 
систему
Брайля
для
слепых
и
многое
другое
. 
Своя
система
существует
и
в
вычислительной
технике
– 
она
называется
двоичным
 
кодированием
 
и
основана
на
представлении
данных
последовательностью
всего
двух
знаков
: 
0 
и
1. 
Эти
знаки
называются
двоичными
 
цифрами
, 
по
англий
-
ски
– binary digit 
или
, 
сокращенно
, bit (
бит
). 
Бит
(
двоичный
 
разряд
) 
является
наименьшей
единицей
пред
-
ставления
данных
, 
принятой
в
информатике
и
вычислительной
технике
. 
Совокупность
двоичных
разрядов
, 
выражающих
число
-
вые
или
иные
данные
, 
образует
битовый
рисунок
. 
Практика
пока
-
зывает
, 
что
с
битовым
представлением
удобнее
работать
, 
если
этот
рисунок
имеет
регулярную
форму
. 
В
настоящее
время
в
качестве
таких
форм
используются
группы
 
из
 
восьми
 
битов
, 
которые
назы
-
ваются
байтами
. 
Понятие
о
байте
как
группе
взаимосвязанных
битов
поя
-
вилось
вместе
с
первыми
образцами
электронной
вычислитель
-
ной
техники
. 
Долгое
время
оно
было
машинно
 
зависимым
, 
то
есть
для
разных
вычислительных
машин
длина
байта
была
раз
-
ной
. 
Только
в
конце
60-
х
годов
понятие
байта
стало
универсаль
-
ным
и
 
машинно
 
независимым
. 
Во
многих
случаях
целесообразно
использовать
не
восьмиразрядное
кодирование
, 
а
16-
разрядное
, 
24-
разрядное
, 32-
разрядное
и
более
. 
Группа
из
16 
взаимосвязан
-
ных
бит
(
двух
взаимосвязанных
байтов
) 
в
информатике
называ
-
ется
словом
. 
Соответственно
, 
группы
из
четырех
взаимосвязан
-
ных
байтов
(32 
разряда
) 
называются
удвоенным
 
словом
, 
а
груп
-
пы
из
восьми
байтов
(64 
разряда
) – 
учетверенным
 
словом
. 

---

328 
Байт
является
в
информатике
наименьшей
единицей
измере
-
ния
. 
Поскольку
одним
байтом
, 
как
правило
, 
кодируется
один
сим
-
вол
текстовой
информации
, 
для
текстовых
документов
размер
в
байтах
соответствует
лексическому
объему
в
символах
. 
Более
крупная
единица
измерения
– 
килобайт
(
Кбайт
). 
Условно
можно
считать
, 
что
1 
Кбайт
примерно
равен
1000 
байт
. 
Условность
связа
-
на
с
тем
, 
что
для
вычислительной
техники
, 
работающей
с
двоич
-
ными
числами
, 
более
удобно
представление
чисел
в
виде
степени
двойки
и
потому
на
самом
деле
1 
Кбайт
равен
2
10
байт
(1024 
байт
). 
Однако
всюду
, 
где
это
не
принципиально
, 
с
инженерной
погреш
-
ностью
(
до
3 %) «
забывают
» 
о
«
лишних
» 
байтах
. 
В
килобайтах
измеряют
сравнительно
небольшие
объемы
данных
. 
Условно
можно
считать
, 
что
одна
страница
неформати
-
рованного
машинописного
текста
составляет
около
2 
Кбайт
. 
Более
крупные
единицы
измерения
данных
образуются
до
-
бавлением
префиксов
мега
-, 
гига
- 
тера
-: 
1 
Мбайт
= 1024 
Кбайт
≈
10
20
байт
; 
1 
Гбайт
= 1024 
Мбайт
≈
10
30
байт
; 
1 
Тбайт
= 1024 
Гбайт
≈
10
40
байт
. 
В
более
крупных
единицах
пока
нет
практической
надоб
-
ности
. 
При
хранении
данных
решаются
две
проблемы
: 
как
сохра
-
нить
данные
в
наиболее
компактном
виде
и
как
обеспечить
к
ним
удобный
и
быстрый
доступ
. 
Для
обеспечения
доступа
необходи
-
мо
, 
чтобы
данные
имели
упорядоченную
 
структуру
. 
Поскольку
адресные
данные
тоже
имеют
размер
и
тоже
подлежат
хранению
, 
хранить
данные
в
виде
мелких
единиц
, 
таких
как
байты
, 
неудобно
. 
Их
неудобно
хранить
и
в
более
крупных
единицах
(
килобайтах
, 
мегабайтах
и
т
.
п
.), 
поскольку
неполное
заполнение
одной
единицы
хранения
приводит
к
неэффективно
-
сти
хранения
. 

---

329 
В
качестве
единицы
хранения
данных
принят
объект
пе
-
ременной
длины
, 
называемый
файлом
. 
Файл
 – 
это
 
последова
-
тельность
 
произвольного
 
числа
 
байтов
, 
обладающая
 
уникаль
-
ным
 
собственным
 
именем
. 
Обычно
в
отдельном
файле
хранят
данные
, 
относящиеся
к
одному
типу
. 
В
этом
случае
тип
данных
определяет
тип
 
файла
. 
Проще
всего
представить
себе
файл
в
виде
безразмерного
канцелярского
досье
, 
в
которое
можно
по
желанию
добавлять
со
-
держимое
или
извлекать
его
оттуда
. 
Поскольку
в
определении
файла
нет
ограничений
на
размер
, 
можно
представить
себе
файл
, 
имеющий
0 
байтов
(
пустой
 
файл
), 
и
файл
, 
имеющий
любое
число
байтов
. 
В
определении
файла
особое
внимание
уделяется
имени
. 
Оно
фактически
несет
в
себе
адресные
данные
, 
без
которых
дан
-
ные
, 
хранящиеся
в
файле
, 
не
станут
информацией
из
-
за
отсутст
-
вия
метода
доступа
к
ним
. 
Кроме
функций
, 
связанных
с
адреса
-
цией
, 
имя
файла
может
хранить
и
сведения
о
типе
данных
, 
за
-
ключенных
в
нем
. 
Для
автоматических
средств
работы
с
данными
это
важно
, 
поскольку
по
имени
файла
они
могут
автоматически
определить
адекватный
метод
извлечения
информации
из
файла
. 
Количество
информации
оценивают
количественной
ме
-
рой
Н
, 
получившей
название
энтропии
. 
Понятие
энтропии
(
от
греч
. entrope 
−
обращение
) 
распространилось
на
ряд
облас
-
тей
знания
. 
Энтропия
в
термодинамике
характеризует
вероят
-
ность
теплового
состояния
вещества
, 
его
способность
совершать
работу
, 
в
математике
−
степень
неопределенности
ситуации
или
задачи
. 
В
теории
информации
понятие
энтропии
как
способно
-
сти
источника
отдавать
информацию
было
введено
американ
-
ским
инженером
К
. 
Шенноном
в
работе
«
Математическая
тео
-
рия
связи
», 
опубликованной
в
1948 
году
. 
Степень
неопределенности
состояний
объекта
зависит
от
числа
n 
возможных
состояний
(S
1
, S
2
,..., S
n
) 
с
вероятностями
Р
(S
1
), P(S
2
), ..., P(S
n
). 
Например
, 
при
бросании
монеты
их
может
быть
только
два
, 
при
бросании
кубика
−
шесть
. 
Степень
неопре
-
деленности
состояния
объекта
возрастает
с
увеличением
n. 
Если

---

330 
состояние
объекта
не
изменяется
, P(S
1
) = 1, 
а
вероятности
ос
-
тальных
состояний
равны
нулю
, 
то
объект
вовсе
не
обладает
неопределенностью
−
энтропия
 
такого
 
объекта
 
равна
 
нулю
. 
Таким
образом
, 
в
теории
информации
энтропия
как
степень
неопределенности
состояния
объекта
, 
имеющего
n 
возможных
состояний
с
вероятностями
 
Р
(S
1
), P(S
2
), ..., P(S
n
), 
определяется
выражением
( )
( )
( )
1
log
.
n
i
a
i
i
H S
P S
P S
=
= −
∑
(12.1) 
Логарифм
в
формуле
(12.1) 
может
быть
взят
при
любом
основании
, 
изменение
основания
приводит
только
к
появлению
множителя
перед
знаком
суммы
, 
т
.
е
. 
к
изменению
единицы
из
-
мерения
. 
Наименование
этой
единицы
зависит
от
выбора
осно
-
вания
логарифма
при
вычислении
энтропии
: 
при
выборе
двоич
-
ного
основания
(
а
= 2) 
получаем
уже
знакомую
единицу
изме
-
рения
информации
– 
бит
, 
при
других
основаниях
а
= 10 – 
дит
, 
при
использовании
натуральных
логарифмов
– 
нит
. 
При
использовании
двоичного
основания
формула
(12.1) 
принимает
вид
( )
( )
( )
2
1
log
.
n
i
i
i
H S
P S
P S
=
= −
∑
(12.2) 
Целесообразность
использования
двоичных
логарифмов
легко
понять
, 
вычисляя
энтропию
объекта
, 
имеющего
два
рав
-
новероятных
состояния
. 
В
этом
случае
P(S
1
) = P(S
2
) = 0,5. 
По
формуле
(12.2) 
находим
: 
( )
( )
( ) ( )
( )
1
2
1
2
2
2
2
2
log
log
1
1
1
1
log
log
1.
2
2
2
2
H S
P S
P S
P S
P S
= −
−
=
= −
−
=
Таким
образом
, 
за
единицу
измерения
энтропии
при
вы
-
боре
двоичных
логарифмов
принимается
степень
 
неопределен
-

---

331 
ности
 
объекта
, 
имеющего
 
два
 
возможных
 
равновероятных
 
со
-
стояния
. 
Эта
единица
измерения
и
называется
двоичной
едини
-
цей
или
битом
. 
Рассмотрим
основные
свойства
энтропии
. 
1. 
Энтропия
 
объекта
 
есть
 
величина
 
вещественная
 
и
 
неот
-
рицательная
, 
так
как
( )
0
1,
i
P S
≤
≤
то
( )
0.
H S
≥
2. 
Энтропия
 
объекта
 
равна
 
нулю
 
в
 
том
 
крайнем
 
случае
, 
когда
 
одно
 
из
 
возможных
 
состояний
S
n
 
имеет
 
вероятность
P(S
n
) = 1, 
т
.
е
. 
 
H(S) = 0 
при
P(S
n
) = 1.
(12.3) 
В
этом
случае
информация
о
состоянии
объекта
достовер
-
но
известна
заранее
, 
поэтому
в
объекте
нет
никакой
неопреде
-
ленности
. 
3. 
Энтропия
 
объекта
 
с
 
одинаковыми
 
вероятностями
 
со
-
стояний
 
максимальна
 
и
 
равна
 
логарифму
 
числа
 
состояний
. 
Дейст
-
вительно
, 
пусть
P(S
i
) = 1/n, 
тогда
по
формуле
для
энтропии
объекта
(12.2) 
находим
( )
( )
( )
2
1
2
1
1
log
1
1
1
log
log
log .
n
i
i
i
n
n
i
i
H S
P S
P S
n
n
n
n
n
=
=
=
= −
=
= −
=
=
∑
∑
∑