asyan.org
добавить свой файл
1
ІНФОРМАЦІЯ Й ІНФОРМАЦІЙНІ ПРОЦЕСИ

1.1. Інформаційна картина миру

Ми живемо в макросвіті, тобто у світі, що складається з об'єктів, по своїх розмірах порівнянних з людиною. Звичайно макрооб'єкти розділяють на неживі (будинку, засобу транспорту, меблі, одяг, верстати й механізми й т.д.) і живі (рослини, тварини, сама людина).

Макрооб'єкти складаються з молекул і атомів, які, у свою чергу, складаються з елементарних часток, розміри яких надзвичайно малі. Цей мир називається мікросвітом.

Ми живемо на планеті Земля, що входить у сонячну систему. Сонце разом з мільйонами інших зірок утворить нашу галактику Чумацький шлях, а мільйони галактик утворять Всесвіт. Всі ці об'єкти мають величезні розміри й утворять мегамир. Все різноманіття матеріальних об'єктів складається з речовини.

Підняте над поверхнею землі тіло має механічну енергію, нагрітий чайник - тепловий, заряджений провідник - електричної, ядра атома - атомної. Види енергії можуть переходити друг у друга й при цьому робити корисну роботу. Механічна енергія падаючої води обертає турбіни гідроелектростанцій, теплова енергія перетворюється в електричну на теплових електростанціях, атомна в електричну - на атомних станціях. Електрична енергія передається по проводам і за допомогою електродвигунів перетворюється в механічну енергію (рух поїздів, ліфтів і т.д.). Всі матеріальні об'єкти взаємодіють один з одним і тому мають енергію. Людина сприймає навколишній світ (одержує інформацію) за допомогою органів почуттів (зір, слух, нюх, дотик, смак). Для того щоб правильно орієнтуватися у світі, він запам'ятовує отримані відомості (зберігає інформацію). У процесі досягнення яких-небудь цілей людина приймає рішення (обробляє інформацію). У процесі спілкування з іншими людьми людин передає й приймає інформацію. Людина живе у світі інформації.

Мир існує в трьох основних формах: речовина, енергії, інформація.

Процеси, пов'язані з одержанням, зберіганням, обробкою й передачею інформації, називаються інформаційними процесами.

Історія людського суспільства - це, у певному змісті, історія нагромадження й перетворення інформації. Весь процес пізнання є процесом одержання й нагромадження інформації. Для обміну

інформацією між людьми використаються мови. Зберігання інформації здійснюється за допомогою книг, а останнім часом усе більше за допомогою електронних носіїв інформації.

Одержання й перетворення інформації є умовою життєдіяльності будь-якого організму. Навіть найпростіші одноклітинні організми постійно сприймають і використають інформацію, наприклад, про температуру й хімічний склад середовища для вибору найбільш сприятливих умов існування.

Інформаційні процеси характерні не тільки для людини, суспільства й живої природи, але й для техніки. Людиною створені технічні пристрої, зокрема комп'ютери, які спеціально призначені для автоматичної обробки інформації.

Сама людина є також носієм дуже великого обсягу інформації у вигляді зорових образів, знання різних фактів і теорій. Людське мислення фактично реалізується у формі процесів обробки інформації в мозку людини.

Інформаційний підхід до дослідження миру реалізується в рамках інформатики, комплексної науки про інформацію й інформаційні процеси.

Інформатика- це наука, що вивчає інформаційні процеси в живій і неживій природі, суспільстві й техніку.


^ 1.2. Інформаційне суспільство

Людське суспільство в міру свого розвитку пройшло етапи оволодіння речовиною, потім енергією, і, нарешті, інформацією. У первіснообщинному, рабовласницькому й феодальному суспільствах (в основі існування яких лежало ремесло) діяльність суспільства в цілому й кожної людини окремо була спрямована, у першу чергу, на оволодіння речовиною.

На зорі цивілізації (десятки тисяч років до н.е.) люди навчилися виготовляти прості знаряддя праці й полювання (кам'яна сокира, стріли й т.д.), в античності з'явилися перші механізми (важіль і ін.) і засобу пересування (колісниці, кораблі), у середні століття були винайдені перші складні знаряддя праці й механізми (ткацький верстат, годинники).

Оволодіння енергією перебувало в цей період на початковому щаблі, як джерела енергії використався вогонь, сила вітру й мускульна сила людини.

Із самого початку людської історії виникла потреба передачі й зберігання інформації. Для передачі інформації спочатку використалася мова жестів, а потім людська мова. Першим способом зберігання інформації стали наскальні малюнки, в IV тисячоріччі до н.е. з'явилася писемність і перші носії інформації (шумерські глиняні таблички і єгипетські папіруси).

Починаючи приблизно з XVII століття в процесі становлення машинного виробництва, на перший план виходить проблема оволодіння енергією (машини й верстати необхідно було надавати руху). Спочатку вдосконалювалися способи оволодіння енергією вітру й води (вітряні млини й водяні колеса), а потім людство опанувало тепловий енергією (у середині XVIII століття була винайдена парова машина, а наприкінці XIX століття -двигун внутрішнього згоряння).

Наприкінці XIX століття почалося також оволодіння електричною енергією, були винайдені електрогенератор і електродвигун. І, нарешті, у середині XX століття людство опанувало атомною енергією, в 1954 році в СРСР була пущена в експлуатацію перша атомна електростанція. Оволодіння енергією дозволило перейти до масового машинного виробництва споживчих товарів, було створено індустріальне суспільство. Основними показниками розвиненості індустріального суспільства були кількісні показники, тобто скільки було добуто вугілля й нафти, скільки зроблено верстатів і т.д.

У цей період відбувалися також істотні зміни в способах зберігання й передачі інформації. У середині XV століття було винайдене друкарство, що дозволило зробити інформацію доступної для набагато більшої кількості людей. З кінця XIX століття для передачі інформації на далекі відстані по проводам стали широко використатися телеграф і телефон, а в XX столітті - електромагнітні хвилі (радіо, телебачення). Першою спробою автоматизованої обробки інформації стало створення Чарльзом Бэббиджем у середині XIX століття механічної цифрової аналітичної машини.

Однак лише із середини XX століття почався поступовий перехід від індустріального до інформаційного суспільства. В інформаційному суспільстві головним ресурсом є інформація, саме на основі володіння інформацією про всілякі процеси і явища можна ефективно й оптимально будувати будь-яку діяльність. Важливо не тільки зробити велику кількість продукції, але зробити потрібну продукцію в певний час, з певними витратами й т.д. Тому в інформаційному суспільстві підвищується не тільки якість споживання, але і якість виробництва, людина, що використає інформаційні технології, має кращі умови праці, праця стає творчим, інтелектуальним і т.д.

У цей час розвинені країни миру (США, Японія, країни Західної Європи) фактично вже вступили в інформаційне суспільство, інші ж, у тому числі й Росія, перебувають на ближніх підступах до нього. Як критерії розвиненості інформаційного суспільства можна взяти три: наявності комп'ютерів, рівень розвитку комп'ютерних мереж і кількість населення зайнятого в інформаційній сфері, а також використає інформаційні технології у своїй повсякденній діяльності.

Перші електронно-обчислювальні машини (ЕОМ), які могли автоматично по заданій програмі обробляти більші обсяги інформації, були створені в 1946 році в США (ЭНИАК) і в 1950 році в СРСР (МЭСМ). В 40 - 60-х роках виробництво ЕОМ вимірялася одиницями, десятками й, у найкращому разі, сотнями штук. ЕОМ були дуже дорогими й дуже більшими (займали величезні зали) і тому залишалися недоступними для масового споживача.

Масове виробництво порівняно недорогих персональних комп'ютерів почалося із середини 1970-х років з комп'ютера Арр1е II (із цього комп'ютера початку своє існування фірма Арр1е). Кількість зроблених персональних комп'ютерів початок становити десятки тисяч у рік, що по тимі часам було колосальним досягненням.

На початку 80-х років приступилася до масового виробництва персональних, комп'ютерна корпорація IВМ (комп'ютери так і називалися IВМ Personal Computer - IBM PC). Досить незабаром 1Вм-совместит комп'ютери стали випускати багато фірм, і їхнє виробництво досягло сотні тисяч у рік. Виробництво персональних комп'ютерів постійно росло й до кінця 1990-х років досягло 100 млн. у рік.

Персональний комп'ютер постійно вдосконалювався, його продуктивність зросла на три порядки, при цьому, що дуже важливо, ціна практично не змінилася. Персональний комп'ютер став доступний масовому споживачеві, і тепер у розвинених країнах миру комп'ютер є на більшості робочих місць і в більшості родин.

У цей час істотною тенденцією в інформатизації суспільства є перехід від використання комп'ютерів в автономному режимі до використання їх в інформаційних мережах. Інформаційні мережі створюють реальну можливість швидкого й зручного доступу користувача до всієї інформації, накопиченої людством за свою історію. Електронна комп'ютерна пошта, комп'ютерні телеконференції й відеоконференції, пошук інформації в «Всесвітній павутині» стали повсякденною практикою користувачів комп'ютерів у розвинених країнах.

Розвиток глобальних комп'ютерних мереж почалося в 80-і роки. В 1981 році в мережі Інтернет налічувалося лише 213 комп'ютерів, до кінця 80-х кількість підключених до мережі комп'ютерів зросло до 150 тисяч, однак найбільш швидкий експонентний ріст їхньої кількості відбувався в 90-і роки. Щоб переконатися в цьому, досить простежити ріст кількості серверів у глобальній комп'ютерній мережі Інтернет (дані на січень кожного року), що до початку 1999 року досягло 43 мільйонів.



Рис. 1.1. Ріст кількості серверів Інтернет

Розвиток глобальної комп'ютерної мережі вимагає наявності каналів зв'язку з високою пропускною здатністю. В 1999 році почалася реалізація міжнародного проекту по створенню мережі волоконно-оптических надшвидкісних каналів зв'язку, загальна довжина яких повинна скласти 275 тис. кілометрів і які повинні об'єднати 174 країни.

Про ступінь інформатизації окремих країн можна судити по кількості серверів Інтернет і кількості користувачів його ресурсами. Цікаво зрівняти ці показники для США й Росії, кількість серверів Інтернет становить, відповідно, близько 28 млн. і 200 тис., а кількість користувачів близько 60 млн. і 1 млн. чоловік.







Рис. 1.2. Розподіл серверів Інтернет по країнах миру

По даним ООН, в 90-і роки кількість працівників, зайнятих в інформаційній сфері (для яких обробка інформації є основною виробничою функцією) зросло, приблизно, на 25%, тоді як кількість зайнятих у сільському господарстві й промисловості скоротилося, відповідно, на 10 і 15%. Комп'ютери й інформаційні технології інтенсивно проникають і в сферу матеріального виробництва: інженер, фермер, фахівці інших традиційних професій всі частіше мають на своєму робочому місці комп'ютер.

Інформаційне суспільство - це суспільство, у якому більша частина населення зайнята одержанням, переробкою, передачею й зберіганням інформації.

^ СИСТЕМИ ЧИСЛЕННЯ
Позиційні й непозиційні системи числення

Системою числення називається спосіб подання числа символами деякого алфавіту, які називаються цифрами. Всі системи числення діляться на дві більші групи: позиційні системи й непозиційні. Позиційні системи характеризуються певним алфавітом цифр і підставою. Найпоширенішими позиційними системами числення є десяткова, двійкова, восьмерична й шістнадцятирічна.

Таблиця . Системи числення

^ Назва системи числення

Основа

Алфавіт системи числення

Позиційні

Десяткова

10

0,1,2,3,4,5,6,7,8,9

Двійкова

2

0, 1

Восьмерична

8

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

Шістнадцятирічна

16

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,8,9,A,B,C,D,E,F

Непозиційна

Римська




I(1),V(5),X(10),L(50),C(100),D(500),M(1000)

Десяткова система числення має алфавіт цифр, що складається з десяти всім відомих, так званих арабських, цифр і підстава рівне 10. двійкова - дві цифри й підстава 2, восьмерична - вісім цифр і підстава 8, шістнадцятирічна - шістнадцять цифр (як цифри використаються й букви латинського алфавіту) і підстава 16.

Перша позиційна система числення була придумана ще в древньому Вавилоні, причому вавилонська нумерація була не десяткової, а шстидесятеричною, тобто в ній використалося шістдесят цифр! Цікаво, що дотепер при вимірі часу ми використаємо підставу рівне 60 (в 1 хвилині втримується 60 секунд, а в 1 годині - 60 хвилин).

У позиційних системах числення величина, позначувана цифрою, залежить від позиції цифри в числі. Розряд числа зростає від молодших розрядів до старшого праворуч ліворуч. Наприклад, у десятковій системі крайня праворуч позиція відповідає мінімальному значенню, у якій цифра позначає одиниці, цифра, зміщена на одну позицію вліво, позначає десятки, ще лівіше - сотні, потім тисячі й т.д.

Розглянемо як приклад десяткове число 555. Цифра 5 зустрічається тричі, причому сама права позначає п'ять одиниць, друга праворуч - п'ять десятків і. нарешті, третя - п'ять сотень. Такий запис числа є записом у скороченій формі. У повній формі запис числа 555 у десятковій системі повинна виглядати в такий спосіб:

55510 = 5* 102+5*101 +5*10º

Розгорнута форма запису числа

Як видно із приклада, число в позиційних системах числення записується у вигляді суми ряду ступенів підстави (у цьому випадку 10) з коефіцієнтами, у якості яких виступають цифри даної системи числення.

Зрівняємо двійкову й десяткову системи числення. Обидві системи позиційні, тобто «вага» цифри в числі залежить від її позиції, однак вони розрізняються набором використовуваних цифр і підставою.

Цифри є різними станами, які повинен уміти записувати, зберігати й розпізнавати користувач системи числення. Людям у силу ряду причин (зокрема, наявності десяти пальців на руках) зручно використати десять цифр. Комп'ютер використає дві цифри, тому що дотепер не вдається створити надійно працюючі технічні пристрої, які могли б зі стовідсотковою надійністю зберігати й розпізнавати більше, ніж два, кількість різних станів (цифр). Для двох станів такий пристрій існує - це тригер.

Підстава в системі числення визначає перенос у старший розряд числа. Чим менше підстава, тим швидше росте розрядність числа. Людині дуже важко сприймати многорозрядні числа, і тому він із працею сприймає двійкові числа. Для комп'ютера, навпаки, розрядність числа не має великого значення, тому що сучасні комп'ютери обробляють за один такт роботи процесора до 64 двійкових розрядів.

В двійковій системі підстава дорівнює 2, а алфавіт цифр включає два числа 0 і 1. Отже, числа у двійковій системі в повній формі записуються виді суми ряду ступенів підстави 2 з коефіцієнтами, і в якості яких виступають цифри 0 або 1.

Наприклад число 5 у двійковій системі в повній формі записується в такий спосіб:

5 = 1*22 + 0*2' + 1*2º

У скороченій і більше звичній формі число 5 у двійковій системі записується так:



5= 1012

^ У непозиційних системах числення, найпоширенішої з яких є римська, значення цифри не залежить від її положення в числі.

Наприклад, у числі XXX (30) цифра X зустрічається тричі й, у кожному випадку, позначає ту саму величину - число ДО), трьох разу по 10 у сумі дають 30.

Величина числа в непозиційних системах числення визначається як сума або різниця цифр у числі. Якщо менша цифра коштує ліворуч від більшої, то вона віднімається, якщо праворуч - додається. Наприклад, запис десяткового числа 1998 у римській системі числення буде виглядати в такий спосіб:

^ МСМХСVIII= 1000 + (1000 - 100) + (100 - 10) + 5+1 + 1 + 1

Переклад чисел з однієї системи числення в іншу

Перетворення чисел із двійкової, восьмеричної й шестнадцатеричной систем числення в десяткову виконати досить легко. Для цього необхідно записати число в повній формі й обчислити його значення. Можна також виконати таке перетворення за допомогою стандартного додатка Windows Калькулятор.

^ Переклад числа із двійкової системи в десяткову

Візьмемо будь-яке двійкове число, наприклад 10112. Запишемо його в повній формі й зробимо обчислення: 10112= 1*23+()*22 + 1*2¹+ 1*2?= 1*8 + 0*4+ 1*2+ 1*1 = 1110

^ Переклад числа з восьмеричної системи в десяткову

Візьмемо будь-яке восьмеричне число, наприклад 6758. Запишемо його в повній формі й зробимо обчислення:

6758 = 6*82 + 7*8¹ + 5*8?= 6*64 + 7*8 + 5*1 = 44510

^ Переклад числа із шестнадцатеричной системи в десяткову

Візьмемо будь-яке шестнадцатеричное число, наприклад 19F16. Запишемо його в повній формі (при цьому необхідно пам'ятати, що шестнадцатеричная цифра Р відповідає десятковому числу 15) і зробимо обчислення:

19F16= 1*162+9*161 + Р*8º = 1*256 + 9*16+ 15*1 =41510

^ Переклад чисел з десяткової системи у двійкову, восьмеричну й шестнадцатеричную

Переклад чисел з десяткової системи у двійкову, восьмеричну й шестнадцатеричную більше складний. Розглянемо алгоритм перекладу числа з десяткової системи у двійкову.

Вихідне десяткове число багаторазово (доти, поки частка не стане рівним нулю) ділиться на підставу двійкової системи, тобто на 2. Якщо при розподілі утвориться залишок, то у відповідний двійковий розряд записується 1, якщо ділиться без залишку, то записується 0. Запис залишків у двійкове число ведеться ліворуч праворуч, тобто від молодшого розряду до старшого.

Як приклад розглянемо переклад десяткового числа 19 у двійкову систему:



19:2 = 9

9:2 = 4

4:2 = 2

2:2=1

1:2 = 0

Схема алгоритму перекладу десяткового числа у двійкове

В результаті одержуємо двійкове число 100112.

^ 2.3. Арифметичні операції в позиційних системах числення

Арифметичні операції у всіх позиційних системах числення виконуються по тим самим правилах. Розглянемо додавання чисел у двійковій системі числення. У його основі лежить таблиця додавання однорозрядних двійкових чисел.

0 + 0= 0

0+ 1 = 1

0+ 0 = 1

1 + 1 = 10

Рис. 2.4. Таблиця додавання двійкових чисел

Важливо звернути увагу на те, що при додаванні двох одиниць відбувається переповнення розряду й виробляється перенос у старший розряд. Переповнення розряду наступає тоді, коли величина числа в ньому стає рівним або більшим підставі, відповідно для двійкової системи, це число дорівнює двом.

Додавання многоразрядных двійкових чисел відбувається відповідно до вищенаведеної таблиці додавання з урахуванням можливих переносів з молодших розрядів у старші. Як приклад складемо двійкові числа 1012 і 100;.

1012

+

 1002

-і-і-і-і-і-і-

10012

Спосіб 1. Переведемо двійкові числа, що складають, у десяткову систему числення й потім їх складемо. Потім переведемо двійкову суму в десяткове число. Зрівняємо результати.

1012= 1*22 + 0*2¹ + 1*2°= 5

1002= 1*22 + 0*2'+0*2º=4

5 + 4 = 9

10012= 1*23 + 0*22+0*2' + 1*2º= 9

Додавання виконане правильно.

Виконаємо операції:

1. Додавання: ЗС]6 + 1Е = 5А16 ]6 = 9010

6010 +3010= 9010

2. Вирахування: ЗС16 - 1Е16 = 1Е1616 = ЗО10

6010 -3010= 3010

3. Множення ЗС16 * 1Е16 = 70816 70816=180010

6010 * 3010=180010

4. Розподіл ЗС16/1Е16 = 216 216 = 210

6010/3010 = 210

Питання й завдання

  1. Дайте коротку характеристику речовини, енергії й інформації.

  2. Що називається я інформаційними процесами?

  3. Як людина сприймає інформацію?

  4. Чи існує інформація в живій природі? Неживій природі?

  5. Що вивчає інформатика?

  6. Чим відрізняється інформаційне суспільство від індустріального?

  7. По яких основних параметрах можна судити про ступінь розвиненості інформаційного суспільства й чому?

  8. Що можна сказати про зростання виробництва комп'ютерів?

  9. Що можна сказати про розвиток глобальної комп'ютерної мережі Інтернет?

  10. Чим відрізняються позиційні системи числення від непозиційних?

  11. Чи може як цифра використатися символ букви?

  12. Запишіть число 1999 у десятковій системі в повній формі.

  13. Чому людина використає десяткову систему числення, а комп'ютер двійкову?

  14. Запишіть двійкове число 11002 у повній формі.

  15. Запишіть число 1999 у римській системі числення

  16. Переведіть у десяткову систему арифметично наступні числа:

  17. двійкові: 101, 110, 111;

  18. восьмеричні: 9, 11, 22;

  19. шестнадцатеричные: 1А, ВF, 9С

  20. Переведіть із десяткової системи у двійкову арифметично
    наступні числа: 7, 9, 13.

Вправа 2.1

Переведіть у десяткову систему арифметично й за допомогою стандартної програми Windows Калькулятор наступні числа:

  • двійкові: 10111. 110011, 1110011 1;

  • восьмеричні: 26, 57, 77;

  • шестнадцатеричные: 1А, ВF, 9С

Вправа 2.2

Переведіть із десяткової системи у двійкову, восьмеричну й шестнадцатеричную системи за допомогою стандартної програми Windows Калькулятор наступні числа: 67, 856, 1999.
Питання й завдання

Складете арифметично двійкові числа:

112і102

1112і1102

Перевірте правильність додавання в десятковій системі числення.
Вправа 2.3

За допомогою стандартної програми Windows Калькулятор зробіть додавання, вирахування, множення й розподіл:

  • двійкових чисел: 10002і 1002

  • восьмеричних чисел: 128і58

  • шестнадцатеричных чисел: 1E16 И А]6

  • Перевірте правильність виконання арифметичних операцій у десятковій системі числення.