Файл: Информация в материальном мире.pdf

1.2.2. Информация в живой природе

Как же сложна и разнообразна живая природа. Источниками информации и ее приёмниками являются живые организмы и их клетки. Организмы обладают рядом свойств, отличающих их от неживых материальных объектов. Основные свойства:

• обмен веществом, энергией и информацией непрерывен в окружающей среде;

• раздражимость в своем виде, как способность организма воспринимать и перерабатывать информацию об изменениях окружающей среды и внутренней среды организма;

• возбудимость ни что иное, как способность реагировать на действие внешних и внутренних раздражителей;

• самоорганизация, считается проявляемой реакцией изменения организма для адаптации к изменяющимся условиям внешней среды.

Организм, рассматриваемый как система, имеет вид иерархической структуры. Эта структура по отношению к организму имеет разделение на внутренние уровни: молекулярный, клеточный, уровень органов, организм полностью. Организм взаимодействует также и с живыми системами, уровни которых являются популяция, экосистема и вся живая природа в целом (биосфера).

Информация в природе циркулирует между всеми этими уровнями также как и потоки вещества и энергии.

Информационный обмен в живой природе происходит так же, как и в неживой. В процессе эволюции природа создала огромное разнообразие источников, носителей и приемников информации.

Организмы проявляют реакцию на воздействие внешнего мира, поскольку она обусловлена раздражимостью. В природе эффективна полная и своевременная информация об окружающей среде, в следствии чего высшие организмы адаптируются к внешним изменениям. Приёмниками информации из окружающей среды, у сложных организмов являются органы чувств: зрение, слух, обоняние, вкус, осязание и вестибулярный аппарат, рецепторы температуры, рецепторы тактильных ощущений, рецепторы чувства боли. Организм устроен таким образом, что нервная система обеспечивает его огромным количеством внутренних рецепторов. Нервная система представляет собой сеть из нейронов, отростки которых аксоны и дендриты представляют собой аналог каналов передачи информации. Головной и спинной мозг являются главными органами, обеспечивающими хранение и обработку информации у позвоночных. Информация которая воспринимается организмом в соответствии с особенностями строения органов чувств, можно подразделить как визуальную, слуховую, вкусовую, обонятельную и тактильную, температурную, информацию вестибулярного аппарата.

При накоплении информации, мозг создает своеобразную информационную модель окружающего мира.

Доступность информации для организма является одной из важных характеристик в живой природе. Примерно 1 бит за 1/16 с. - это то количество информации, которое нервная система человека подает в мозг при чтении текстов.

Биология занимающаяся исследованиями живых организмов, применяла только качественные, то есть описательные модели, до момента появления вычислительных машин. В качественной модели учесть информационные связи между компонентами структуры практически невозможно.

Метод машинного моделирования, предполагающий математическое описание известных явлений и процессов, происходящих в организме, добавление к ним гипотез о некоторых неизвестных процессах и расчет возможных вариантов поведения организма стал возможен при введении электронно-вычислительной техники в биологических исследованиях. Полученные варианты при исследовании проходят сравнение с реальным поведением организма, что позволяет определить истинность или ложность выдвинутых гипотез. В таких моделях можно учесть и информационное взаимодействие.

1.2.3. Человек в материальном мире и информационный обмен

Человек, с одной стороны, это обычный материальный объект, и потому ему свойственно постоянное энергетическое взаимодействие с объектами материального мира, в то же время он является организмом живой природы и также имеет непрерывный внутренний обмен веществ. Эти два процесса взаимодействуют между собой, это можно рассмотреть как информационный обмен между живой и неживой природой.

Рассмотрим пример, если через органы чувств человек воспринимает окружающую среду как угрожающую, это приводит к изменению обмена веществ. В кровь выделяются гормоны, которые повышают частоту дыхания, учащают сердцебиение и приводят органы опорно-двигательного аппарата в состояние готовности к отражению опасности. В успокаивающей среде происходят схожие процессы по механизму. Все это происходит в результате информационного обмена, воздействия внешней среды. Информационный обмен не обязательно воздействует из внешней среды, человеку всего лишь достаточно представить опасность, чтобы в организме начались физиологические реакции, которые связанны с изменением процесса обмена веществ, при этом проявляется реакция из ранее сохраненного предыдущего взаимодействия. Таким образом основаны механизмы: вспоминания, воображения, логического мышления и другие.

Проявляются данные механизмы в процессе творчества, то есть, в основе логического мышления и творчества также лежит информационный обмен. Информационный обмен может не иметь материальную природу, но он с ней неразрывно связан. Он является основным связующим звеном между энергетическим обменом, который свойствен материальным объектам, и обменом веществ, который заложен в основе живых организмов.

Информационный обмен развивается в виде информационных процессов. Если рассмотреть подробнее информационный процесс, то при отдельных его этапах можно и не заметить объектов живой природы, но при этом объект живой природы будет присутствовать обязательно. Также свойство отдельных этапов информационного процесса обходиться без объектов живой природы, которые широко используется в информационных технологиях, оно лежит в основе функционирования автоматических систем обработки информации.

1.2.4. Данные и методы

Рассмотрим далее, что данные несут в себе информацию о событиях, произошедших в материальном мире, так как они являются регистрацией сигналов, которые возникли в результате этих событий. Тем не менее данные не тождественны информации. Человек наблюдая за излучением далеких звезд, он получает определенный поток данных, но возможно что не все эти данные станут информацией, это зависит от различных обстоятельств.

Рассмотрим ряд примеров.

1. Судья, на состязаниях по плаванию, с помощью механического секундомера регистрирует начальное и конечное положение стрелки прибора. В итоге он замеряет величину ее перемещения за время заплыва — это регистрация данных. Но информацию о времени преодоления дистанции он еще не получил. Для этого надо, чтобы данные о перемещении стрелки дали информацию о времени заплыва, необходимо знание метода пересчета одной физической величины в другую. Для этого необходимо знать цену деления шкалы секундомера (или знать метод ее определения) и надо также понимать, как умножается цена деления прибора на величину перемещения, то есть надо еще обладать математическим методом умножения.

Допустим, что вместо механического секундомера судья использует электронный секундомер, то ничего не меняется. Вместо регистрации перемещения стрелки происходит регистрация количества тактов колебаний, произошедших в электронной системе за время измерения. Даже если секундомер непосредственно отображает время в секундах и нам не нужен метод пересчета, то метод преобразования данных все равно присутствует — он реализован специальными электронными компонентами секундомера и работает автоматически, без нашего участия.

2. Прослушивая передачу радиостанции на иностранном языке, мы получаем данные, но не получаем информацию в связи с тем, что не владеем методом преобразования данных в известные нам понятия. Если эти данные записать на лист бумаги или на магнитную ленту, изменится форма их представления, произойдет новая регистрация и, соответственно, образуются новые данные. Такое преобразование можно использовать, чтобы все-таки извлечь информацию из данных путем подбора метода, адекватного их новой форме. Для обработки данных, записанных на листе бумаги, адекватным может быть метод перевода со словарем, а для обработки данных, записанных на магнитной ленте, можно пригласить переводчика, обладающего своими методами перевода, основанными на знаниях, полученных в результате обучения или предшествующего опыта.

Если в нашем примере заменить радиопередачу телевизионной трансляцией, ведущейся на незнакомом языке, то мы увидим, что наряду с данными мы все-таки получаем определенную (хотя и не полную) информацию. Это связано с тем, что люди, не имеющие дефектов зрения, владеют адекватным методом восприятия данных, передаваемых электромагнитным сигналом в полосе частот видимого спектра с интенсивностью, превышающей порог чувствительности глаза. В таких случаях говорят, что метод известен по контексту, то есть данные, составляющие информацию, имеют свойства, однозначно определяющие адекватный метод получения этой информации. (Для сравнения скажем, что слепому “телезрителю” контекстный метод неизвестен, и он оказывается в положении радиослушателя, пример с которым был рассмотрен выше.)

1.2.5. Носители данных

Носитель информации (информационный носитель) – любой материальный объект, используемый человеком для хранения информации. Это может быть, например, береста, глиняные таблички, камень, дерево, бумага, металл, пластмассы, кремний (и другие виды полупроводников), лента с намагниченным слоем (в бобинах и кассетах), фотоматериал, пластик со специальными свойствами (напр., в оптических дисках) и т. д., и т. п.

Носителем информации может быть любой объект, с которого возможно чтение (считывание) имеющейся на нём информации.

Носители информации применяются для:

• записи;

• хранения;

• чтения;

• передачи (распространения) информации.

В большинстве случаев сам носитель информации дополнительно защищается оболочкой, для его сохранности и, соответственно, надёжность сохранения информации.

Например:

• бумажные листы помещают в защитные пластиковые мультифоры (канцелярский пакет для хранения и защиты бумажных документов) и дополнительно в скоросшиватели;

• микросхему памяти – в твердый пластик (смарт-карта);

• магнитную ленту – в корпус;

• микросхему флеш-памяти в пластиковый корпус с USB-разъемом и т. д.

К электронным носителям относят носители для однократной или многократной записи (обычно цифровой) электрическим способом:

• оптические диски (CD-ROM, DVD-ROM, Blu-ray Disc);

• полупроводниковые (флеш-память, дискеты и т. п.);

• CD-диски (CD – Compact Disk, компакт диск), на который может быть записано до 700 Мбайт информации;

• DVD-диски (DVD – Digital Versatile Disk, цифровой универсальный диск), которые имеют значительно большую информационную ёмкость (4,7 Гбайт), так как оптические дорожки на них имеют меньшую толщину и размещены более плотно;

• диски HR DVD и Blu-ray, информационная ёмкость которых в 3–5 раз превосходит информационную ёмкость DVD-дисков за счёт использования синего лазера с длиной волны 405 нанометров.

Электронные носители имеют значительные преимущества перед бумажными (бумажные листы, газеты, журналы):

• по объёму (размеру) хранимой информации;

• по удельной стоимости хранения;

• по экономичности и оперативности предоставления актуальной (предназначенной для недолговременного хранения) информации;

• по возможности предоставления информации в виде, удобном потребителю (форматирование, сортировка).

Есть и недостатки:

• хрупкость устройств считывания;

• вес (масса) (в некоторых случаях);

• зависимость от источников электропитания;

• необходимость наличия устройства считывания/записи для каждого типа и формата носителя.

Накопитель на жёстких магнитных дисках или НЖМД (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск – запоминающее устройство (устройство хранения информации), основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала – магнитные диски. В НЖМД используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной («парковочной») зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.