Файл: Понятие компьютерных данных и информации.pdf

Введение

Теоретической основой информатики является группа фундаментальных наук таких как: теория информации, теория алгоритмов, математическая логика, теория формальных языков и грамматик, комбинаторный анализ и т. д. Кроме них информатика включает такие разделы, как архитектура ЭВМ, операционные системы, теория баз данных, технология программирования и многие другие. Важным в определении информатики как науки является то, что с одной стороны, она занимается изучением устройств и принципов действия средств вычислительной техники, а с другой — систематизацией приемов и методов работы с программами, управляющими этой техникой.

Информационная технология — это совокупность конкретных технических и программных средств, с помощью которых выполняются разнообразные операции по обработке информации во всех сферах нашей жизни и деятельности. Иногда информационную технологию называют компьютерной технологией или прикладной информатикой.

Информация аналоговая и цифровая. Термин «информация» восходит к латинскому informatio — разъяснение, изложение, осведомленность.

Информацию можно классифицировать разными способами, и разные науки это делают по-разному. Например, в философии различают информацию объективную и субъективную. Объективная информация отражает явления природы и человеческого общества. Субъективная информация создается людьми и отражает их взгляд на объективные явления.

В информатике отдельно рассматривается аналоговая информация и цифровая. Это важно, поскольку человек благодаря своим органам чувств, привык иметь дело с аналоговой информацией, а вычислительная техника, наоборот, в основном, работает с цифровой информацией.

Объектом исследования в данном работе является информация, фиксируемая в компьютерах.

Предмет исследования — методы кодирования информации в ЭВМ.

Цель написания курсовой работы — изучить теорию информации и кодирования, а также рассмотреть алгоритмы кодирования информации.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

- сформировать представление о базовых логических элементах, объяснять работу основных логических элементов;

- развитие логического и комбинационного мышления, памяти, внимательности, формирование элементов графической культуры;

- изучения логических основ ЭВМ.

Методологическую основу данной работы составили такие методы как анализ, синтез, сравнение, обобщение, выделение, интерпретация, классификация, статистические и другие методы научного познания.

Структура работы. Данная работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованной литературы.

Глава 1. Основы кодирования данных

1.1. Понятие компьютерных данных и информации

Понятие информации часто встречается в деятельности людей. Можно сказать, что, сколько существует человечество, столько времени оно пользуется информацией. Жизнь каждого человека, так или иначе, связана с получением, накоплением и обработкой информации. Все профессиональные навыки и секреты мастерства отдельных специалистов по получению каких-либо материалов или изготовлению изделий представляют ни что иное как информацию, которая в течение нескольких поколений, бережно накапливалась, строго охранялась и передавалась, сохраняя секреты профессии. Информация имеет большое значение в современном мире. С каждым годом растет объем информации и величина информационных потоков. Особенно это характерно для науки, производственной деятельности и управления. Помимо увеличения объема информации, имеет место резкое увеличение скорости ее возрастания. Общая сумма человеческих знаний в XVIII веке удваивалась каждые 50 лет, к 1950 г. — каждые 10 лет, к 1970 г. — 5 лет, к 1990 г. — каждые 2-3 года, а к началу XXI века 1-2 года. Оценки показывают, что в настоящее время ежеминутно в мире делается от 15 до 20 изобретений [1].

До XX века основным предметом труда были материальные объекты. Экономическая мощь государства измерялась, прежде всего, его материальными и энергетическими ресурсами, а также средствами материального производства. В последнюю очередь экономическая мощь государства определялась наличием научно-технического потенциала. В настоящее время, одним из основных показателем становится информационные технологии, и мощь государства определяется теперь, в большей степени, наличием высококвалифицированных работников — ученых, инженеров, рабочих. Проведенная оценка сфер человеческой деятельности показывает, что более половины человечества в своей профессиональной деятельности, в настоящее время, занимается непосредственно работой, связанной с той или иной обработкой информации. Одной из важнейших проблем человечества является лавинообразный поток информации практически в любой отрасли его жизнедеятельности. Подсчитано, например, что в настоящее время специалист должен тратить до 80% своего рабочего времени, чтобы уследить за всеми новыми печатными работами в его области деятельности [4, с. 41]. Во всех областях человеческой деятельности приходится накапливать, собирать, обрабатывать и пользовать информацию. Разнообразие и огромное количество информации, и также растущий спрос на нее, вызывает необходимость прибегать к разработке автоматизированных систем хранения, обработки и передачи информации.

При работе с информацией производятся самые разнообразные действия. Информация собирается, хранится, передается, анализируется, обобщается. Информация также распространяется, при этом она может перерабатываться и преобразовываться по форме и виду (например, кодируется или декодируется, текст озвучивается, звуковая или видеоинформация преобразуется в радиоволны, передается на соответствующий приемник и опять преобразуется в звуковую или видеоинформацию) и т. п. Достаточно специфическими действиями с информацией являются получение новой информации, а также продажа и покупка информации.

В понятие информации может быть вложен различный смысл. Существует несколько определений информации. Это обусловлено сложностью, специфичностью и многообразием подходов к толкованию сущности этого понятия. В бытовом смысле под информацией понимается сообщение, любые данные или знания, которые кого-либо интересуют. Практически, до середины XX века под информацией понимались сведения, передаваемые друг другу. Такое понимание информации основано на логико-семантическом подходе (семантика — изучение сообщения с точки зрения смысла), при котором информация трактуется как знание, причем не любое знание, а только та его часть, которая используется для принятия решений, активных действий и управления. В дальнейшем понятие информации получило более широкое толкование — это сведения, обмениваемые тем или иным способом между людьми, обмен сигналами между животными и растениями, передача сведений в живом мире на клеточном и генном уровне и т. п. Такое понимание информации рассматривает информацию как свойство (атрибут) материи. В производственной и научной деятельности под информацией также понимают сведения, которыми обмениваются люди между собой, человек и компьютер. Появление понятия информации связано с развитием кибернетики и основано на утверждении, что информацию содержат любые сообщения, воспринимаемые человеком или приборами. Можно сказать, что сейчас, в широком смысле, информация — это отражение реального мира. В узком смысле информация — это любые сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования. С точки зрения фундаментальных наук понятие информации является настолько общим и глубоким понятием, что оно не может быть определено через более простые — первичные понятия. Поэтому понятие информации является одним из фундаментальных основных понятий многих современных научных дисциплин (в философии существует даже такая философская категория как информация).

С практической точки зрения информация всегда представляется в виде какого-либо сообщения. Любое информационное сообщение обязательно связано с источником информации, приемником информации и каналом передачи сообщения. Процесс, который происходит при установлении связи между источником информации (генератором информации) и приемником информации (получателем), называется информационным процессом. Обмен информацией происходит по каналам передачи сообщений посредством сигнала. Сообщение от источника к приемнику передается в материально-энергетической форме (электрической, магнитной, электромагнитной или световой, акустической, тепловой, химической реакции или веществом и т.п.). Физическая среда, в которой может фиксироваться или накапливаться информация для последующей обработки или передачи и анализа называется носителем информации. Чаще всего информация существует в форме электромагнитных волн различной частоты (световых или радиоволн), акустических волн (звуков), электрического тока или напряжения, в форме магнитных полей или, что для нас более привычно, в виде каких-либо знаков на бумаге, жестов, поз и мимики (в животном мире), наличия определенных веществ. Сигнал — это материальный носитель информации (предмет, символ, физический или химический процесс, явление), распространяющийся в пространстве и времени [7, с. 38]. Полученный сигнал, каким-либо образом, перерабатывается получателем информации и воспринимается в смысловом значении для дальнейшего его использования, учета, обработки или передаче к другим получателям. В принципе, информацию может переносить любая материальная структура или поток энергии.

Таким образом, любой информационный процесс может происходить только в такой системе, в которой упорядочены и определенным образом связаны между собой ее элементы: источник, приемник, переработчик информации, а также каналы передачи информации или сообщений между ними. Упорядоченную совокупность таких элементов системы в дальнейшем будем называть информационной системой.

1.2. Понятие и сущность кодирования данных

Начиная с древних времен, вся жизнь человека в той или иной степени была связана с использованием какого-либо рода информации. Количество обрабатываемых данных изо дня в день увеличивался. В связи с этим информация стала определяться как товар и начала иметь цену. Ценность обрабатываемой и передаваемой информации с каждым днем возрастала, и поэтому же возникла проблема «засекречивания» данных. Ни для кого не секрет, что успех любого вида деятельности, организации сильно зависит от обладания конкретными сведениями (тайнами, секретами), а также их отсутствия у конкурентов. Чем сильнее, эффективнее защита информация, тем меньше потенциальные убытки организации от злоумышленников в информационной сфере. Одним словом, использование методов криптографии актуально по сей день. Неудивительно, что в связи с этим возникла целая наука, называемая криптографией.

Под криптографией понимается наука, которая изучает методы обеспечения конфиденциальности (невозможности прочтения информации лицами, которым она не предназначена), целостности данных (невозможности незаконной модификации данных, а также повреждения при передаче), аутентификации (проверки подлинности авторства или иных свойств объекта), а также невозможности отказа от авторства. Она занимается построением и исследованием математических методов преобразования информации.

Существует обратная сторона криптографии — криптоанализ — наука о методах расшифровки зашифрованной информации без предназначенного для такой расшифровки ключа и сам процесс такой расшифровки. Два данных понятия составляют основу науки криптологии, которая занимается вопросами защиты и скрытия информации. Можно заметить такую особенность, что до начала 90-х годов криптография в основном использовалась только в интересах государства, а с появлением интернета ею активно начали пользоваться как частные лица, так и хакеры для шифрования той или иной информации в сети. Это связано с переходом от промышленного общества к информационному [11. с. 27].

Следует заметить, что криптография одна из старейших наук и насчитывает несколько тысяч лет, однако активно используется и применяется в современном мире. Клод Шеннон был одним из первых, кто подошел к криптографии с научной точки зрения, он первым сформулировал ее теоретические основы и ввел в рассмотрение многие основные понятия. Термин «криптография» произошел от греческих слов: криптос — тайна и грофейн — писать. Таким образом, это тайнопись, система перекодировки сообщения с целью сделать его непонятным для непосвященных лиц и дисциплина, изучающая общие свойства и принципы систем тайнописи [2]. В рамках этой науки выделяются два понятия, которые многие путают, такте как кодирование и шифрование.

Для того чтобы дать определение кодированию, сначала необходимо вести понятие код, который подразумевает под собой правила соответствия набора знаков одного множества Х знакам другого множества Y. Говоря обычными словами, если каждому символу Х при кодировании соответствует отдельный знак Y, то это называется кодированием. Следует отметить, что обратный процесс, когда для каждого символа из Y однозначно можно отыскать по некоторому правилу его прообраз в X, называется декодированием. Многие знают, что кодирование сообщений в ЭВМ в байтах. Банальным примером служит следующее: если каждый цвет кодировать двумя битами, то можно закодировать не более 4 цветов, тремя — 8 цветов, восемью битами (байтом) — 256 цветов [1].